用于DDT检测的二氧化钛纳米粒子荧光探针的制备方法技术

一种用于DDT检测的二氧化钛纳米粒子荧光探针的制备方法，包括以TiO2为核，在其表面修饰上4‑氯‑7‑硝基苯并呋喃荧光探针和氨丙基功能基团，最后在其表面印迹类目标分子，形成二氧化硅印迹壳层。上述荧光探针的制备过程分为三步：（1）荧光前驱体的制备；（2）类目标分子的硅烷化；（3）印迹类目标分子的二氧化钛纳米粒子的制备和洗脱。目标分子DDT进入识别位点，DDT的氯原子与氨丙基的氢原子形成氢键，使氨丙基稳定，光激发时，阻止氨丙基上氮原子的电子转移到NBD‑APTS复合物，根据光诱导电子转移机理，导致复合物荧光强度的增强，通过印迹位点的匹配和荧光强度的改变，实现了对DDT分子的识别和检测，通过改变激发波长，激发TiO2光催化作用，实现对DDT分子的降解。

Method for preparing fluorescent probe of titanium dioxide nanoparticles for DDT detection

A process for the preparation of TiO2 nanoparticles fluorescent probe DDT detection, including TiO2 core and coated on the surface of 4 chlorine 7 nitrobenzene and furan fluorescent probe and aminopropyl functional groups, and finally the surface imprinting target molecular imprinting, the formation of silica shell. The preparation process of these fluorescent probes is divided into three steps: (1) preparation of fluorescent precursors; (2) silylation of target molecules; (3) preparation and elution of TiO2 nanoparticles with imprinting target molecules. The target molecule DDT into the recognition site, the hydrogen atom DDT chlorine atoms with aminopropyl hydrogen bond formed by the aminopropyl stable, light excitation, blocking the electron nitrogen atom aminopropyl onto NBD APTS complexes, based on photoinduced electron transfer mechanism leads to the enhancement of the fluorescence intensity of the complexes, the imprinted sites the matching and fluorescence intensity changes, realize the recognition and detection of the DDT molecule, the excitation wavelength by changing the excitation of TiO2 light catalysis, degradation of DDT molecule.

【技术实现步骤摘要】
用于DDT检测的二氧化钛纳米粒子荧光探针的制备方法
本专利技术涉及材料科学领域，特别涉及用于DDT检测的二氧化钛纳米粒子荧光探针的制备方法。
技术介绍
在安全方面，农药的使用为我们带来巨大效益的同时也对我国的生态坏境和人体健康造成了严重的威胁。尤其是农药在农牧产品和食品中的残留，对人体具有慢性毒性、直接中毒、“三致”（致癌、致畸、致突变）效应和环境激素效应。农药残留对我国食品安全构成了长期的、严重的威胁，公众对农产品和食品的安全感明显下降，同时也严重影响了我国农产品在国际市场的竞争力。因此，近年来，在对痕量农药的检测和相关的传感器阵列的探索已经引起了社会研究机构广泛的关注和富有成效的探索。目前检测DDT的方法很多，色谱法中，高效液相色谱法、液质和气质联用是较常用的方法。这些传统分析技术能够满足分析中的基本要求，如选择性，可靠性，准确性和可重复性，但是，这些检测方法需要精密的设备和专业的操作人员，所以这些方法是昂贵的、耗时的和繁琐笨重的，而且检测中，样品必须是脱离检测现场送往实验室去分析，不能够做到实时实地的检测。现在应用比较热门的检测技术是生物传感器法和酶分析法。生物传感器（Biosensor）是一种以生物材料为敏感识别元件，由信号转换元件和信号传递元件组成的一种装置，有高灵敏度、较强的特异性、操作方便、仪器设备费用低等优势，但现有的生物传感器仍存在检测结果不稳定、重现性差和使用寿命短等问题。酶分析法主要是基于有机磷和氨基甲酸脂类农药对乙酰胆碱酯酶活性的抑制作用而发展起的一种分析法，检测过程简单，但这种分析方法的准确度较差，检出限大多在ppm级，造成假阳性、假阴性，一般用于定性分析。综上所述，有必要寻求对环境中DDT目标分析物提供一种高选择性、高灵敏、快速响应、低成本和原位检测的方法。在应用方面，如何提高检测技术对DDT目标分析物的选择性。分子印迹技术作为一种成熟的技术广泛应用于合成具有特异性识别位点的分子印迹聚合物（molecularlyimprintedpolymers，MIPs）。所制备的分子印迹聚合物具有广泛的适用性、良好的可塑性、稳定性和高选择性等优点，其内部的识别位点能够有选择性地与模板分子结合，从而实现选择性识别。MIPs的制备过程一般分为三步：（1）功能单体与模板分子（目标分析物或类似物）通过共价或非共价作用形成单体-模板复合物；（2）在引发剂或者光诱导的条件下，该复合物与交联剂发生共聚作用，得到高度交联的刚性高分子聚合物；（3）将模板分子从聚合物骨架中去除，在三维交联聚合物中留下了在形状、大小和功能等方面都与模板分子相匹配的特异性印迹结合位点，目标分析物可以通过结合位点有选择性地连接到聚合物中。从制备过程可知，通过印迹技术可以得到事先设定的结构物质；而且通过交联，提高了聚合物的稳定性和抵抗环境干扰的能力；聚合物表面的识别位点对目标分析物有高效的选择性。因为印迹聚合物的这些特异性，在化学与生物传感器（LiangRN.Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49(14):2556-2559;AlizadehT.Biosens.Bioelectron.,2010,25(5):1166-1172;LakshmiD.Anal.Chem.,2009,81(9):3576-3584.）、固相萃取（SanchoR.Chem.Soc.Rev.,2009,38(3):797-805;LiY.Nanoscale,2011,3(1):280-287;XuSF.J.Mater.Chem.,2011,21(32):12047-12053.）、催化（OrozcoJ.J.Am.Chem.Soc.,2013,135(14):5336-5339;LiSJ.Adv.Funct.Mater.,2011,21(6):1194-1200;WulffG.Acc.Chem.Res.,2012,45(2):239-247.）和膜分离（WangJY.J.Membr.Sci.,2009,331(1-2):84-90;TasselliF.J.Membr.Sci.,2008,320(1-2):167-172;JiangY.J.Membr.Sci.,2006,280(1-2):876-882.）等领域有广泛的应用前景。近年来，专利技术专利（CN105403694）:“一种用于探测百草枯分子的PS@SiO2人工抗体的制备方法”报道了以二氧化硅包覆聚苯乙烯（Polystyrene,PS）微球，形成芯-壳结构。制备印迹聚合物的最后一步，洗脱SiO2壳层中的模板分子，SiO2壳层的内部形成具有与模板分子结构、大小和功能基互补的空穴，得到的印迹微球具有对目标分析物分子的特异性识别位点，实现了对百草枯分子的选择性识别和探测。2012年，华东师范大学硕士张丹，在毕业论文“纳米材料表面分子印迹技术研究及其对农药的特异性识别”中，利用分子印迹-电化学联用技术,以功能合金纳米颗粒、多壁碳纳米管等多种具有良好导电性的纳米材料作为反应载体，合成具有良好选择性的新型分子印迹材料，成功实现了对实际样品中几种常见农药的高灵敏的特异性检测。印迹技术可以提高对目标分析物的选择性，但是在分析检测应用中缺乏信号传输能力，不能达到快速响应的要求。而荧光分子是对目标分析物的高灵敏响应理想材料。在各种信号传感器中，基于荧光“关”或荧光“开”机理的光学可寻址传感器已经被证明是研究者在许多挑战的环境中所期盼对各种小分子目标分析物检测的方法。荧光传感器一般由三部分构成：荧光基团、识别基团和连接基团。荧光基团是指能将自身变化转变为荧光信号的部分；识别基团是指能与目标分析物结合并发生一定变化的部分；连接基团则是指将二者连接起来的部分。基于不同的原理，有光诱导电子转移（PET）荧光传感器、荧光共振能量转移荧光传感器、稀土螯合发光荧光传感器和分子内电荷转移荧光传感器。基于不同目标分析物和反应条件，选择不同的荧光反应器。基于荧光共振能量转移原理，公开了专利技术专利（CN104359880）“对痕量百草枯检测的CdTe量子点荧光探针的化学制备方法”，得到的CdTe量子点荧光探针，其表面带负电荷的羧基与带正电荷的目标分析分子百草枯通过正负电荷的静电作用，与百草枯在空间上相互接近时，通过荧光共振能量转移原理，发射光谱为红色的CdTe量子点荧光探针的发光谱带能被绿色的百草枯分子吸收，利用CdTe量子点荧光强度的改变，实现了对痕量百草枯的检测。基于稀土螯合原理，公开了专利技术专利（CN106092983）“一种检测有机氯农药Y2O3：Tb3+@SiO2-NH2荧光传感器阵列的制备方法”，Y2O3：Tb3+@SiO2-NH2荧光传感器阵列内部的印迹识别位点可与有机氯农药分子（目标分子）相互作用，使有机氯农药分子与识别位点上的Tb3+配位形成有机配体，利用金属离子Tb3+荧光强度的改变实现对有机氯农药分子的检测。2016年，安徽大学硕士余升龙在毕业论文“基于香豆素和喹啉母体的小分子荧光化学传感器的研究”中，第一个报道了一个基于分子内电荷转移（ICT）机理的双光子荧光探针（TNQ），用于检测水合肼，且能够很好地应用于环境中水合肼蒸汽的检测和生物成像中。本专利技术中，基于光诱导分子转移原理，合成了一种对DDT检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于DDT检测的二氧化钛纳米粒子荧光探针的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛纳米粒子荧光探针内部的印迹识别位点上的氨丙基可与进入识别位点的DDT分子相互作用，氨丙基上的氢原子与DDT分子上的氯原子形成氢键，使氨丙基稳定，光激发时，阻止氨丙基上氮原子的电子转移到NBD‑APTS复合物，根据光诱导电子转移机理，导致复合物荧光强度的增强，通过印迹位点的匹配和荧光强度的改变，实现对DDT分子的识别和检测，上述荧光探针的制备过程包括如下三个步骤：1.1 NBD‑APTS复合物的制备：首先，用电子天平准确称量0.0010g ~ 0.0030g 4‑氯‑7‑硝基苯并呋喃（4‑chloro‑7‑nitrobenzofurazan，NBD‑Cl）置于50mL单颈磨口烧瓶中，然后，再用量程为100μL ~ 1000μL的微量进样器吸取220μL ~ 230μL 3‑氨丙基三乙氧基硅烷（3‑aminopropyltriethoxysilane，APTS）加入到上述烧瓶中，最后，再向烧瓶中加入10mL ~ 20mL乙醇，将烧瓶中混合物超声分散4min ~ 6min，在惰性气氛中，以400rpm ~ 600rpm搅拌速度在50℃下反应1h ~ 3h；1.2 EDA‑ICPTS复合物的制备：首先用电子天平准确称量0.4230g ~ 0.4250g 4，4’‑亚乙基双苯酚（4，4’‑Ethylidenebisphenol，EDA）置于100mL单颈磨口烧瓶中，然后，再用量程为100μL ~ 1000μL的微量进样器吸取1000μL 3‑异氰丙基三乙氧基硅烷（3‑isocyanatopropyltriethoxysilane，ICPTS）加入到上述烧瓶中，最后加入10mL ~ 20mL乙醇，将上述100mL烧瓶中混合液超声分散7min ~ 9min，在惰性气氛中，以400rpm ~ 600rpm搅拌速度在50℃下反应5h ~ 7h；1.3表面修饰氨基和荧光基团的印迹类目标分子的二氧化钛纳米粒子的制备：分别量取60mL ~ 80mL的乙醇溶液和2mL ~ 4mL的钛酸丁脂置于250mL烧瓶中超声混合，然后再加入上述制备好的NBD‑APTS复合物溶液，在室温下以450rpm ~ 550rpm搅拌2min ~ 4min，随后再加入制备好的EDA‑ICPTS复合物溶液，最后，把500μL ~ 1000μL氨水和440μL ~ 460μL正硅酸乙酯（Tetraethoxysilane，TEOS）加入到上述反应溶液中，以700rpm ~ 800rpm搅拌3min后，搅拌转速降至450rpm ~ 550rpm，在室温下反应24h，得到表面修饰氨基和荧光基团的印迹类DDT分子的二氧化钛纳米粒子，然后用乙醇与丙酮体积比（mL:mL）为4:1的50mL混合溶液洗脱类目标分子；在90℃下，将上述洗脱类目标分子的二氧化钛纳米粒子在60mL的浓度为0.25mol/L的四氢铝锂的四氢呋喃溶液中回流2h，再用无水四氢呋喃清洗三次去除吸附在二氧化钛纳米粒子表面上多余的四氢铝锂，得到含氨基、荧光基团对目标分子具有选择识别、检测的二氧化钛纳米粒子荧光探针。...

【技术特征摘要】
1.一种用于DDT检测的二氧化钛纳米粒子荧光探针的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛纳米粒子荧光探针内部的印迹识别位点上的氨丙基可与进入识别位点的DDT分子相互作用，氨丙基上的氢原子与DDT分子上的氯原子形成氢键，使氨丙基稳定，光激发时，阻止氨丙基上氮原子的电子转移到NBD-APTS复合物，根据光诱导电子转移机理，导致复合物荧光强度的增强，通过印迹位点的匹配和荧光强度的改变，实现对DDT分子的识别和检测，上述荧光探针的制备过程包括如下三个步骤：1.1NBD-APTS复合物的制备：首先，用电子天平准确称量0.0010g~0.0030g4-氯-7-硝基苯并呋喃（4-chloro-7-nitrobenzofurazan，NBD-Cl）置于50mL单颈磨口烧瓶中，然后，再用量程为100μL~1000μL的微量进样器吸取220μL~230μL3-氨丙基三乙氧基硅烷（3-aminopropyltriethoxysilane，APTS）加入到上述烧瓶中，最后，再向烧瓶中加入10mL~20mL乙醇，将烧瓶中混合物超声分散4min~6min，在惰性气氛中，以400rpm~600rpm搅拌速度在50℃下反应1h~3h；1.2EDA-ICPTS复合物的制备：首先用电子天平准确称量0.4230g~0.4250g4，4’-亚乙基双苯酚（4，4’-Ethylidenebisphenol，EDA）置于100mL单颈磨口烧瓶中，然后，再用量程为100μL~1000μL的微量进样器吸取1000μL3-异氰丙基三乙氧基硅烷（3-isocyanatopropyltriethoxysilane，ICPTS）加入到上述烧瓶中，最后加入10mL~20mL乙醇，将上述100mL烧瓶中混合液超声分散7min~9min，在惰性气氛中，以400rpm~600rpm搅拌速度在50℃下反应5h~7h；1.3表面修饰氨基和荧光基团的印迹类目标分子的二氧化钛纳米粒子的制备：分别量取60mL~80mL的乙醇溶液和2mL~4mL的钛酸丁脂置于250mL烧瓶中超声混合，然后再加入上述制备好的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杨群，高大明，漆天瑶，席小倩，代星辰，朱德春，陈红，孙虹，张凌云，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34