酚类分子印迹荧光传感器的构建及其性能研究

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双酚A(BPA)是一种环境内分泌干扰物,体外和活体生物分析已经证明很小剂量的BPA都能对代谢器官(胰腺、脂肪组织、肝)造成很大的伤害。4-硝基苯酚(4-NP)是一种剧毒取代酚,急性吸入和摄入后能够引起头痛、困倦、呕心、黄萎病等不良反应,国家环保局将其列入了“中国水中优先控制污染物黑名单”。因此,发展一种能够快速、灵敏、选择性的检测痕量BPA和4-NP的方法,对保护公众健康至关重要。  分子印迹技术(MIT)是一种新型通用技术,其在聚合物网络中产生与模板的形状、功能基团互补的孔穴。这种技术不需要准确知道目标分子的三维结构,使其适合检测许多目标物。但是,目前的分子印迹过程往往需要加入大量的功能单体,以确保模板分子-功能单体络合物的形成,这使得很多功能单体不能与模板分子发生络合作用,形成无选择性的“背景结合位点”。分子动力学模拟旨在设计预聚合体系中模板分子、功能单体、交联剂的最佳比例,从而避免低亲和力结合位点的出现。  量子点(QDs)是一种准零维的半导体荧光材料,它具有许多独特的光学性质,已被用来检测金属离子、小分子、生物分子、细胞。本论文基于量子点的独特光学性质和分子印迹技术的构效预定性,开展了几类荧光印迹传感器制备方法及应用的研究。本论文的内容包括:  (1)从20种预聚合体系中,使用径向分布函数及其0-3(A)的积分数据筛选出BPA、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、正硅酸四乙酯(TEOS)的最佳比例为1∶1.5∶6。为了验证模拟结果的可信性,将20种预聚合体系分为5个大组,比较印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附性能。通过简单的回流过程,在CdTe量子点表面包覆含有类CdS团簇的杂化二氧化硅层,获得杂化二氧化硅包覆的CdTe量子点(HS-QD)。基于计算模拟结果,在HS-QD的表面覆盖印迹层以构建荧光印迹传感器。荧光印迹传感器对BPA的线性检测范围为0.05-10μmol L-1,检测限为6nmol L-1,在检测河水和牛奶中BPA时,加标回收率大于96.93%,相对标准偏差为1.55%-2.78%。  (2)结合分子动力学模拟和表面印迹技术,以4-NP为模板分子,在制备的含有类硫化镉团簇二氧化硅层的碲化镉表面合成了杂化二氧化硅量子点表面印迹聚合物(HS-QD@MIP),构建了荧光传感器。利用多种方法对HS-QD@MIP的结构、形貌、荧光性能、选择性进行了研究。结果表明,该传感器对4-NP具有良好的选择性和灵敏度,线性范围为1.0-80nmol mL-1,检测限为0.05nmol mL-1,本方法用于湖水中4-NP的测定,加标回收率为98.6%-102.30%,相对标准偏差最高为1.37%。  (3)从25组预聚合体系中,使用径向分布函数及其0-3(A)的积分数据筛选出4-NP、APTES、TEOS的最佳比例为1∶2∶8。首先用水热法合成单分散的油溶性磁性纳米颗粒,再使用反相微乳液法将其嵌入到二氧化硅基质中。在磁性二氧化硅颗粒表面修饰氨基后,吸附巯基乙酸修饰的CdTe量子点,覆盖二氧化硅保护层后,在磁性量予点内核表面进行4-硝基苯酚分子印迹。由于磁性量子点印迹聚合物的激发光谱和4-NP的紫外吸收光谱存在重叠,磁性量子点印迹聚合物受到激发后,激发能量转移到4-NP,两者之间发生荧光共振能量转移。通过研究pH及溶剂对传感器的荧光淬灭值影响,确定传感器检测的最优条件。传感器的检测限为1ng mL-1,线性检测范围是5ng mL-1-150ng mL-1。方法用于河水和自来水中4-NP的检测,回收率为98.68%-101.2%,相对标准偏差为1.49%-2.42%。  本论文将分子动力学模拟、分子印迹技术、磁性材料、量子点结合,构建高选择性、高灵敏度的荧光印迹传感器,快速、准确地检测牛奶和地表水中酚类污染物,很好解决了目前酚类污染物监测所遇到的难题。
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