基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜及其制备方法和应用。本发明专利技术从共轭聚合物成膜过程中发生的分子作用机制入手，以芴类共轭聚合物膜为研究对象，将聚多巴胺作为无机衬底和芴类共轭聚合物间的中间层，从聚多巴胺表面分子结构、芴类共轭聚合物侧链分子结构、芴类共轭聚合物溶液浓度的角度，对芴类共轭聚合物成膜过程中芴类聚合物‑衬底、芴类聚合物‑芴类聚合物之间的相互作用进行调控，最终建立了对芴类共聚合物膜表面形貌的调控方法，获得了表面形貌形貌均匀，且对芳烃类爆炸物具有良好灵敏度的芴类共轭聚合物膜。本发明专利技术为荧光共轭聚合物膜形貌的调控提供新的解决方案，对芳烃类爆炸物的荧光传感检测发展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种芳烃类爆炸物检测
，具体涉及基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜及其制备方法和应用。
技术介绍
近年，世界各地的恐怖爆炸事件频频出现，严重威胁着各国的社会安全和公民的人身财产安全。当前，以2，4-二硝基甲苯(DNT)、1，3，5-三硝基甲苯(TNT)和1，3，5-三硝基苯酚(PA)为代表的芳烃类爆炸物是恐怖犯罪分子制造爆炸事件的首选，针对该类化合物发展快速、灵敏和高效的检测方法对各国公共场所的芳烃类爆炸物排查和安全预警具有重要意义。通过荧光检测该类化合物在空气中的蒸汽是快速检测芳烃类爆炸物最灵敏的方法之一。当前，荧光检测芳烃类爆炸物常用的荧光材料有荧光小分子、荧光共轭聚合物和量子点。其中荧光共轭物由于具有放大检测效果的能力、易于成膜和重复使用的性能，在器件化中具有广阔的应用前景。为了获得对芳烃类爆炸物更快的响应速率、更高的再生效率，荧光共轭聚合物膜的厚度通常在纳米级别，且要求表面形貌均匀，然而，由于共轭聚合物分子在无机衬底表面上的浸润性较差，使得共轭聚合物在衬底表面成膜时，膜表面很难获得理想的均匀性。为了提高共轭聚合物膜的表面均匀性，科研工作者发展了一系列方法，如构筑单层共轭聚合物膜、非芳烃类聚合物掺杂膜，这些方法可有效控制共轭聚合物的链堆积结构，提高膜的表面均匀性，但仍旧有存在一些不足。如单层共轭聚合物膜制备方法复杂、非芳烃类聚合物掺杂膜会降低膜对芳烃类爆炸物的响应速率。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是解决上述现有技术的问题，提供一种基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜及其制备方法和应用。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术主要从共轭聚合物成膜过程中发生的分子作用机制入手，以芴类共轭聚合物膜为研究对象，将聚多巴胺作为无机衬底和芴类共轭聚合物间的中间层，从聚多巴胺表面分子结构、芴类共轭聚合物侧链分子结构、芴类共轭聚合物溶液浓度和溶剂的角度，对芴类共轭聚合物成膜过程中芴类聚合物-衬底之间，芴类聚合物-芴类聚合物之间的相互作用进行调控，最终获得对芴类共聚合物膜表面形貌的调控方法，这为荧光共轭聚合物膜形貌的调控提供了新的解决方案，获得表面形貌形貌均匀，且对芳烃类爆炸物具有良好灵敏度的芴类共轭聚合物膜，对芳烃类爆炸物的荧光传感检测发展具有重要意义。一种基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜，它是在无机衬底表面黏附聚多巴胺改性层后，将芴类共轭聚合物涂覆在处理后的无机衬底后形成芴类共轭聚合物膜；所述聚多巴胺改性层是在聚多巴胺层表面通过共价键连接长脂肪链烃或端基带有胆固醇的长脂肪链烃。本专利技术更进一步的技术方案，所述无机衬底为硅片、玻璃、石英、银膜、金膜、光纤或ZnO纳米陈列。本专利技术更进一步的技术方案，所述聚多巴胺层的厚度为5～40nm。本专利技术更进一步的技术方案，所述长脂肪链烃或端基带有胆固醇的长脂肪链烃中脂肪链的长度在C4～C18范围内。本专利技术更进一步的技术方案，所述芴类共轭聚合物为侧链中脂肪链的长度在C6～C24范围内的聚芴、聚芴-苯并噻唑、聚芴苯或聚芴-噻吩。上述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜的应用，它用于进行TNT、DNT或PA的检测。一种如上述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜的制备方法，该方法包括以下步骤：A，改性的无机衬底的制备将多巴胺溶于pH值为8～9的Tris-HCl缓冲溶液中，获得浓度为0.1～1mg/mL的多巴胺溶液；然后将无机衬底垂直插入上述浓度的多巴胺溶液中，室温静置12～48h后，取出并用水和乙醇洗涤，再用氮气吹干，得到表面粘附了聚多巴胺层的无机衬底，备用；用二氯甲烷将长脂肪链烃或端基带有胆固醇的长脂肪链烃配制成浓度为4～10mM的溶液后，氮气鼓泡除氧；然后加入与长脂肪链烃或端基带有胆固醇的长脂肪链烃等物质的量的三苯胺，将表面粘附了聚多巴胺层的无机衬底垂直浸入，在室温下静置12～24h后，取出用乙醇清洗，再用氮气吹干，得到改性的无机衬底；B，基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜的制备将浓度为0.1～2.0mg/mL的芴类共轭聚合物四氢呋喃溶液涂覆在步骤A得到的改性的无机衬底表面，得到所述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜。本专利技术更进一步的技术方案，所述长脂肪链烃为烷烃硫醇；所述端基带有胆固醇的长脂肪链烃为端基带有胆固醇的烷烃硫醇。本专利技术更进一步的技术方案，所述烷烃硫醇为正丁醇、1-己硫醇、1-辛硫醇、1-十二硫醇或正十八硫醇；所述端基带有胆固醇的烷烃硫醇为巯基-正丁烷氧基胆固醇、巯基-正辛烷氧基胆固醇、巯基-正十二烷氧基胆固醇或巯基-正十八硫醇。本专利技术更进一步的技术方案，所述涂覆是浸渍涂覆或旋转涂覆。本专利技术更进一步的技术方案，所述改性后的无机衬底在300～700nm范围内无紫外吸收和荧光发射，避免影响爆炸物的检测。本专利技术更进一步的技术方案，所述芴类共轭聚合物的侧链是不同长度的脂肪烃分子如C6H13、C8H17、C12H25、C18H37或C24H49。下面将详细地说明本专利技术。对上述芴类共轭聚合物膜形貌进行调控，主要包括聚多巴胺层后度、聚多巴胺层表面修饰分子中脂肪链长度、芴类共轭聚合物溶液浓度和芴类共轭聚合物溶液使用的溶剂挥发性的调控。上述芴类共轭聚合物形貌调控因素对膜形貌的影响规律为：聚多巴胺层厚度增大，聚芴膜高低差越小，膜形貌越均匀；聚多巴胺层表面修饰分子中脂肪链长度与芴类共轭聚合物侧链脂肪链长度越接近，聚芴膜高低差越小，膜形貌越均匀；芴类共轭聚合物溶液浓度逐渐增大，膜的均匀性先逐渐增大，后逐渐变小；芴类共轭聚合物溶液使用的溶剂挥发性越高，聚芴膜表面高低差增大，均匀性变差。因此，本申请优选聚多巴胺层的厚度在5～40nm范围内、聚多巴胺层表面修饰分子中的脂肪链长度在C4～C18范围内、芴类共轭聚合物侧链中脂肪链的长度在C6～C24范围内、芴类共轭聚合物溶液浓范围在0.～2.0mg/mL范围内。由此可以在上述条件下得到的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜均匀性最好。上述芴类共轭聚合物膜形貌的调控方法中，调控机制为调节衬底表面分子与芴类聚合物分子相互作用，及芴类聚合分子间相互作用间的平衡，对聚合物膜形貌进行调控。基于聚多巴胺层改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜形貌调控方法，制备的聚芴膜的应用是将其用于检测芳烃类爆炸物TNT、DNT和PA的检测。检测方法是：将所得芴类共轭聚合物膜置入3mL大小的比色池中，利用干燥空气将芳烃类爆炸物蒸汽通入比色池中，通过5～60s后，测量膜的荧光强度。所述的芳烃类爆炸物主要有：TNT、DNT、PA等；其中，上述芳烃类爆炸物的分子结构式如下：TNT：DNT：PA：爆炸物蒸汽的载入速度为2～20ml/min。芴类共轭聚合物膜对芳烃类爆炸物的淬灭机制为π-π堆积引体的光电子转移淬灭。[有益效果]本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术利用聚多巴胺易粘附在衬底表面，将聚多巴胺修饰在无机衬底表面；利用聚多巴胺表面易与巯基发生次级反应的特性，在聚多巴胺表面修饰脂肪烃或端基带有胆固醇分子的脂肪烃，通过调控聚多巴胺表面分子与芴类聚合物分子相互作用，及芴类聚合物分子间相互作用间的平衡，对芴类共轭聚合物膜形貌进行调控，使得聚芴膜在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜，其特征在于它是在无机衬底表面黏附聚多巴胺改性层后，将芴类共轭聚合物涂覆在处理后的无机衬底后形成芴类共轭聚合物膜；所述聚多巴胺改性层是在聚多巴胺层表面通过共价键连接长脂肪链烃或端基带有胆固醇的长脂肪链烃。

【技术特征摘要】
1.一种基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜，其特征在于它是在无机衬底表面黏附聚多巴胺改性层后，将芴类共轭聚合物涂覆在处理后的无机衬底后形成芴类共轭聚合物膜；所述聚多巴胺改性层是在聚多巴胺层表面通过共价键连接长脂肪链烃或端基带有胆固醇的长脂肪链烃。2.根据权利要求1所述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜，其特征在于所述无机衬底为硅片、玻璃、石英、银膜、金膜、光纤或ZnO纳米陈列。3.根据权利要求1所述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜，其特征在于所述聚多巴胺层的厚度为5～40nm。4.根据权利要求1所述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜，其特征在于所述长脂肪链烃或端基带有胆固醇的长脂肪链烃中脂肪链的长度在C4～C18范围内。5.根据权利要求1所述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜，其特征在于所述芴类共轭聚合物为侧链中脂肪链的长度在C6～C24范围内的聚芴、聚芴-苯并噻唑、聚芴苯或聚芴-噻吩。6.根据权利要求1～5任意一项所述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜的应用，其特征在于它用于进行TNT、DNT或PA的检测。7.一种如权利要求1～5任意一项所述的基于聚多巴胺改性无机衬底的芴类共轭聚合物膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A，改性的无机衬底的制备将多巴胺溶于pH值为8～9的Tris-HCl缓冲溶液中，获得浓度为0.1～1mg/mL的多巴...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵川德，范桂娟，王晓川，刘小乐，于谦，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51