双功能化水凝胶聚合物复合材料、其制备方法和用途技术

技术编号:15628551 阅读:206 留言:0更新日期:2017-06-14 09:37
本发明专利技术涉及一种双功能化水凝胶聚合物复合材料、其制备方法和应用。更具体地,本发明专利技术涉及一种双功能化水凝胶聚合物复合材料,其包含:壳聚糖水凝胶聚合物、过渡金属离子以及通式(I)的化合物,其中A环表示C6‑C14芳基;R

【技术实现步骤摘要】
双功能化水凝胶聚合物复合材料、其制备方法和用途
本专利技术涉及一种含化学发光片段和发光增强片段的双功能化水凝胶聚合物复合材料、及其制备方法及应用。
技术介绍
化学发光功能化复合材料因其优良的发光特性近年来备受关注,在生命科学、材料工程学、环境科学等领域有着广阔的应用前景。例如现有技术将具有化学发光性能的N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺和金属离子催化剂双功能化到金纳米粒子的表面(Liu,M;Zhang,H;Shu,J;Liu,X;LiF;Cui,H;AnalyticalChemistry2014,86,2857-2861.)。这种双功能化的纳米金复合材料展现出优异的化学发光特性,然而合成的双功能化的复合材料在黑暗环境中仍不具有可见性,且达到最大光强后,发光强度很快降低,这在一定程度上限制了其在作为光源,化学发光显微成像等方面的应用。水凝胶具有三维弹性网络状结构,它是通过物理或化学交联形成的一种亲水的聚合物,能够实现对小分子、蛋白质及其它大分子的缓释作用,这一性质使其成为新型功能化复合材料的理想选择。常见的具有发光性质的生物如萤火虫、化学发光材料如荧光棒等,其中萤火虫持续发光是通过加速氧化荧光素对荧光素酶的释放,使荧光素酶快速恢复并不断催化发光反应,从而达到持续发光的效果。而荧光棒采用的过氧化草酸酯发光体系,通过选择适当的具有反应活性的芳基草酸酯或选择合适的催化剂如有机强酸,可以得到延续性的化学发光。其中苯环取代基吸电子能力越强,越有利于中间体的生成,也越易于产生高强度高量子效率的化学发光反应。而加入有机强酸或酸酐则是抑制化学反应的进行,使光能以较平稳的趋势长时间的释放。N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺,作为已知的发光物质其,液相化学发光本身不具有持续发光的特点,加入的金属离子催化剂后只能提高发光强度,而不能增加发光的持续性。ErickLeiteBastos等人(Luminescence2007;22:113-125)报道了PVP水溶液、鲁米诺(luminol)、高铁血红素溶液,氮气保护下低温汞灯照射光交联成水凝胶,加入H2O2后检测,进行了一些控制浓度的基础研究。但是从该报道中可以看出,当向鲁米诺和高铁血红素的标准体系中加入PVP后,原标准体系的发光强度降低了近75%。换言之,PVP水凝胶会对鲁米诺化学发光体系的光强性质产生很不利的影响。此外,该报道并未揭示水凝胶将有助于提高发光持续性。QigangWang等人(CHEMISTRY,“BioinspiredSupramolecularConfinementofLuminolandHemeProteinstoEnhanceChemiluminescentQuantumYield”)报道了凝胶因子先加热形成溶液、再加入鲁米诺、高铁血红素混合加热再冷却到室温成胶,该方法得到的水凝胶在化学发光量子产率方面提高了四倍,并在化学发光半衰期方面提高了六倍。但是,所述水凝胶在300秒后基本不再发光。因此,在发光持续性方面,该水凝胶依然不能满足需求。因此,本领域需要一种具有高强度且长时间持续化学发光的复合材料。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种新型水凝胶聚合物复合材料,其能够高强度且长时间持续化学发光。本专利技术的另一个目的是提供一种简单快捷的用于制备所述水凝胶聚合物复合材料的方法以及上述双功能化水凝胶聚合物复合材料的用途。因此,在一方面,本专利技术提供了一种双功能化水凝胶聚合物复合材料,其包含:壳聚糖水凝胶聚合物;过渡金属离子;以及通式(I)的化合物:其中,A环表示C6-C14芳环;R1和R2独立地表示氢、端基被氨基取代或为未取代的直链或支链(C1-C30)烷基,前提是该NR1R2具有至少一个NH2端基。在另一方面,本专利技术提供一种制备如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料的方法,所述方法包括如下步骤:1)向碱性水溶液中加入壳聚糖,通过冷冻-溶解法使壳聚糖形成水凝胶聚合物;2)向反应体系中加入通式(I)的化合物;3)向反应体系中加入过渡金属离子;其中步骤1)至3)按照以下顺序进行:a)按照步骤1)、2)、3)的顺序依次进行;或者b)按照步骤1)、3)、2)的顺序依次进行;或者c)在步骤1)后,步骤2)和3)同时进行;或者d)步骤3)和步骤1)同时进行,然后进行步骤2);或者e)步骤1)、2)和3)同时进行。在另一方面,本专利技术提供如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料作为光源的用途,所述双功能化水凝胶聚合物复合材料在氧化剂存在下能够持续且高强度地发光。在另一方面,本专利技术提供如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料在生物检测中的用途,所述双功能化水凝胶聚合物复合材料在氧化剂存在下可用于生物传感器、分子显微成像、细胞显微成像或生物样品分析。与现有技术相比,本专利技术具有但不限于如下的优点:1.本专利技术通过将壳聚糖水凝胶聚合物、过渡金属离子和通式(I)的化合物进行组合获得了的新型双功能化水凝胶聚合物复合材料,其能够实现高强度和长时间持续的化学发光。与现有技术不同,本专利技术的水凝胶聚合物并不会对发光分子的化学发光性质产生不利影响。此外,由于水凝胶的缓释作用,使得包含在水凝胶聚合物复合材料中的发光分子能够实现高强度且持续性发光,化学发光强度保持在最初发光强度的90%范围内的发光可以持续10.0-56.4小时,化学发光强度保持在最初发光强度的50%范围内的发光可以持续5.0-75.0小时。2.本专利技术的双功能化水凝胶聚合物复合材料具有良好的流变性能。3.本专利技术的双功能化水凝胶聚合物复合材料能够在pH7.0-13.0范围内产生高强度且持续性发光,因此,该材料广泛适合用于各种生物分析,具有广阔的应用前景。4.本专利技术的双功能化水凝胶聚合物复合材料的合成方法是一种通用性方法,可适用于制备其它持续性发光的化学发光功能化材料。5.本专利技术的双功能化水凝胶聚合物复合材料具有高强度发光且长时间持续发光的特点,其发光在暗室中可见。因此,该材料可成为良好的发光光源,在紧急照明,日常装饰,娱乐等领域具有广阔的应用前景。6.本专利技术的双功能化水凝胶聚合物复合材料由于高发光强度和长时间持续发光的特点,可成为化学发光标记的良好材料,用于生物传感器的构建与显微成像分析中。7.本专利技术的双功能化水凝胶聚合物复合材料的制备方法具有简便、快速等优点;仅需要冷冻、溶解、搅拌分散等简单易行的步骤。因此,本专利技术的双功能化水凝胶聚合物复合材料对新型发光光源的发现具有重要意义,它在临床分析、食品安全、环境检测、药物分析等领域也具有巨大的应用潜力和良好的应用前景。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是根据本专利技术一个实施例的扫描电镜照片。图2A)是根据本专利技术一个实施例的双功能化水凝胶聚合物复合材料的流变性能示意图;图2B)是根据本专利技术一个实施例的双功能化水凝胶聚合物复合材料在瓶中倒置时的实物图。图3是根据本专利技术一个实施例的双功能化水凝胶聚合物复合材料的化学发光光谱图与相同浓度的N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺在NaOH溶液中的化学发光光谱图。图4A)-E)是根据本专利技术多个优选例和多个比较例的化学发光动力学曲线图。图5是采用数码相机拍摄的根据本专利技术一个优选例的双功能化水凝胶聚合物复合材料在暗场条件下不同时间的化学发光图本文档来自技高网
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双功能化水凝胶聚合物复合材料、其制备方法和用途

【技术保护点】
一种双功能化水凝胶聚合物复合材料,其包含:壳聚糖水凝胶聚合物;过渡金属离子;以及通式(I)的化合物,

【技术特征摘要】
1.一种双功能化水凝胶聚合物复合材料,其包含:壳聚糖水凝胶聚合物;过渡金属离子;以及通式(I)的化合物,其中,A环表示C6-C14芳环;R1和R2独立地表示氢、端基被氨基取代或为未取代的直链或支链(C1-C30)烷基,前提是该NR1R2具有至少一个NH2端基。2.如权利要求1所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料,其特征在于,所述A环表示C6-C10芳环,优选苯环、萘环或蒽环,所述R1和R2可独立地表示氢、端基被氨基取代或为未取代的直链或支链(C1-C10)烷基,优选端基被氨基取代或为未取代的直链或支链(C1-C6)烷基,前提是该NR1R2具有至少一个NH2端基。3.如权利要求1所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料,其特征在于,所述通式(I)的化合物是选自鲁米诺、异鲁米诺、N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺和N-(4-氨基己基)-N-乙基异鲁米诺中的一种或多种,优选为N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺。4.如权利要求1所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料,其特征在于,所述过渡金属离子选自Co2+、Ni2+、Fe3+、Fe2+,优选为Co2+。5.如权利要求1所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料,其特征在于,所述过渡金属离子与所述通式(I)的化合物的摩尔比为5∶1至1∶1,000,000,优选4∶1至1∶100,000,更优选3∶1至1∶10,000。6.如权利要求1所述的双功能化水凝胶聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员:崔华刘雅婷沈雯
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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