一种基于静电纺丝柔性薄膜的铜离子传感器及检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于静电纺丝柔性薄膜的铜离子传感器。该静电纺丝柔性薄膜的制备方法包括：制备蓝色和黄色荧光碳点；制备金属有机框架；将两种碳点同时嵌入金属有机框架；将双发射荧光碳点粉末与聚合物混合制备静电纺丝柔性薄膜。该静电纺丝柔性薄膜可作为一种新型荧光探针检测铜离子，具有出色的灵敏度。本发明专利技术提供的静电纺丝薄膜与传统的荧光探针相比，比率式的检测方法与薄膜式的传感在实际应用中更具有优势，展现了其在实时可穿戴检测领域的应用前景。域的应用前景。域的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电纺丝柔性薄膜的铜离子传感器及检测方法


[0001]本专利技术属于荧光分析检测
，涉及一种基于静电纺丝柔性薄膜的铜离子传感器。

技术介绍

[0002]铜离子作为金属酶的共同组成部分，是许多生物系统必不可少的微量元素。由于铜在各种生物过程中起着催化剂的作用，几乎每个生物体都需要铜。其生化活动涉及氧气运输、激素成熟、信号传导等。铜在生物、环境和化学系统中也发挥着重要作用。铜也是形成血红蛋白、红血球和人体系统骨骼的基本元素。但是，长期接触高浓度铜离子时会给人体带来严重毒性。由于其巨大的使用量，铜也被作为一种显著的金属污染物来对待。铜代谢紊乱也可能导致严重的神经退行性疾病，如阿尔茨海默症、威尔逊病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症和Menkes氏综合征等。因此，监测和调节铜离子的浓度对生物体是至关重要的。目前用于选择性地检测铜离子的一些分析方法和探针已经被开发出来，包括电位传感器、电化学传感器、原子荧光光谱法、原子吸收光谱法(AAS)和电感耦合等离子体质谱法(ICP
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MS)等，它们可以以高灵敏度检测铜，但是这些方法具有成本高、耗时长、样品制备复杂以及不适合实时监测等缺点，大多需要使用复杂的仪器，不能应用于环境介质或进行现场分析。因此，这一类检测方法的实际应用受到限制。
[0003]荧光探针因其具有高灵敏度而被认为是应用于生物、医学和化学领域的最有效工具。在过去的几十年里，由于具有较高的发射量子产率和可调节的发射峰位，量子点已经成为应用于各种荧光传感器中最广泛的光学纳米材料之一。然而，重金属是组成这些量子点材料的基本元素。其潜在的毒性和环境危害为其后续的进一步发展带来了阻碍。与传统的半导体量子点和有机染料相比，荧光碳点在许多方面都有优势，特别是在简单快速的合成过程中，具有良好的水溶性，高生物相容性，毒性小和高光稳定性。由于这些突出的特性，它们可以在许多临床和环境应用中取代有毒的量子点。
[0004]大多数用于离子检测的荧光探针需要使用水溶液系统，这大大限制了其实际应用。水溶液中的荧光探针在存储、运输和回收等方面都存在一定的困难。此外，一次性探针会带来严重的环境污染。因此，相比于传统荧光探针，柔性薄膜具有更稳定，形状和大小可调的优点，易于设计，运输，操作和回收。基于强度变化的荧光探针容易受到探针浓度、激发效率、选择性差等因素的影响，导致测量误差放大。与单发射型荧光探针相比，具有多个荧光中心或由多种荧光材料制成的比色型荧光探针具有更出色的优势。这一类探针在很大程度上不受上述外部因素的影响，同时也提高了检测的准确性。与传统的基于荧光强度变化的薄膜相比，具有两个发射峰位的传感薄膜可以减少外部因素的影响，如激发态波动、光掩蔽和绝对强度的局部不均匀性等。可用于视觉检测的双发射传感薄膜不仅大大提高了数据的准确性，而且有效地提高了测试效率。因此，本专利技术提出一种基于静电纺丝的柔性薄膜制备策略，以实现对铜离子的高灵敏度与复用式检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于静电纺丝的柔性薄膜制备策略，以实现对铜离子的高灵敏度与复用式检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种静电纺丝柔性薄膜，其特征在于：制备金属有机框架；制备蓝色和黄色荧光碳点；然后将两种荧光碳点同时嵌入金属有机框架；将双发射荧光碳点粉末与聚合物混合制备静电纺丝柔性薄膜；所述的金属有机框架是硝酸铟水合物与间苯二甲酸溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，在油浴锅中进行反应制备得到。
[0007]所述的静电纺丝柔性薄膜的制备方法，步骤为：
[0008](1)将硝酸铟水合物与间苯二甲酸溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，在油浴锅中进行反应；反应结束后，将溶液样品离心并去除上清液，在烘箱中干燥，得到白色金属有机框架粉末；
[0009](2)将蓝色荧光碳点与黄色荧光碳点溶于乙醇溶液中，加入金属有机框架粉末，将混合溶液进行磁力搅拌，离心并去除上清液，在烘箱中干燥，得到双发射荧光碳点粉末；
[0010](3)将热塑性聚氨酯弹性体溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，进行磁力搅拌，得到热塑性聚氨酯弹性体溶液；将双发射荧光碳点粉末加入热塑性聚氨酯弹性体溶液中，进行磁力搅拌，得到荧光聚合物溶液；
[0011](4)将荧光聚合物溶液用于静电纺丝，制备柔性薄膜。
[0012]所述步骤(1)中，硝酸铟水合物与间苯二甲酸的摩尔比为0.9～1.1：1。
[0013]所述步骤(1)中，油浴反应条件为140～150℃、20～30分钟。
[0014]所述步骤(4)中，静电纺丝系统的参数条件为：电压12～15kV、针头
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收集器距离12～15cm、流速0.9～1.1mL/h。
[0015]基于所述的静电纺丝柔性薄膜的铜离子传感器检测铜离子的方法，包括以下步骤：
[0016](1)配置一系列不同浓度的铜离子标准溶液；
[0017](2)将权利要求1所述的静电纺丝柔性薄膜完全浸入步骤(1)所述铜离子标准溶液中，进行荧光猝灭反应；反应完成后取出薄膜，在烘箱中干燥；
[0018](3)分别测量浸入不同浓度铜离子溶液后薄膜的荧光光谱，根据检测的荧光强度比值与铜离子浓度之间存在的线性关系，建立标准拟合曲线；
[0019](4)将薄膜浸入含有铜离子的待测环境水样中，进行荧光猝灭反应；反应完成后取出薄膜，在烘箱中干燥，测量荧光光谱强度；
[0020](5)通过标准拟合曲线计算得出待测环境水样中铜离子的浓度；
[0021](6)将荧光猝灭后的薄膜进入乙二胺四乙酸二钠溶液中进行荧光恢复反应；反应完成后取出薄膜，在烘箱中干燥；干燥后的薄膜荧光恢复到猝灭之前的强度，以重复使用。
[0022]所述步骤(1)中，铜离子标准溶液浓度为0.1
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500μM。
[0023]所述步骤(3)中，铜离子传感标准曲线的线性检测范围为0.5
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100μM。
[0024]有益效果：
[0025]1、本专利技术的碳点原料简单、反应时间短，有利于进行大规模合成及应用；
[0026]2、本专利技术制备的金属有机框架能实现碳点的固态发光，拓展了碳点的应用场景，提升了碳点的稳定性；
[0027]3、本专利技术制备的双发射荧光碳点粉末作为一种比率型荧光探针，可以减少外部因素的影响，大大提高了数据的准确性，而且有效地提高了测试效率，适用于视觉检测；
[0028]4、本专利技术制备的静电纺丝柔性薄膜具有独特的超高比表面积和开放的多孔非织造结构，可以提供独特的传感平台，展现极高的荧光稳定性和灵敏度；
[0029]5、本专利技术制备的静电纺丝柔性薄膜与传统水溶液型荧光探针相比，易于设计、运输、操作和回收，应用范围广；
[0030]6、本专利技术制备的静电纺丝柔性薄膜经乙二胺四乙酸二钠溶液处理后可重复使用。
附图说明
[0031]图1为实施例1所制备的蓝色荧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静电纺丝柔性薄膜，其特征在于：制备金属有机框架；制备蓝色和黄色荧光碳点；然后将两种荧光碳点同时嵌入金属有机框架；将双发射荧光碳点粉末与聚合物混合制备静电纺丝柔性薄膜；所述的金属有机框架是硝酸铟水合物与间苯二甲酸溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，在油浴锅中进行反应制备得到。2.权利要求1所述的静电纺丝柔性薄膜的制备方法，其特征在于，步骤为：(1)将硝酸铟水合物与间苯二甲酸溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，在油浴锅中进行反应；反应结束后，将溶液样品离心并去除上清液，在烘箱中干燥，得到白色金属有机框架粉末；(2)将蓝色荧光碳点与黄色荧光碳点溶于乙醇溶液中，加入金属有机框架粉末，将混合溶液进行磁力搅拌，离心并去除上清液，在烘箱中干燥，得到双发射荧光碳点粉末；(3)将热塑性聚氨酯弹性体溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，进行磁力搅拌，得到热塑性聚氨酯弹性体溶液；将双发射荧光碳点粉末加入热塑性聚氨酯弹性体溶液中，进行磁力搅拌，得到荧光聚合物溶液；(4)将荧光聚合物溶液用于静电纺丝，制备柔性薄膜。3.根据权利要求2所述的静电纺丝柔性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，硝酸铟水合物与间苯二甲酸的摩尔比为0.9～1.1：1。4.根据权利要求2所述的静电纺丝柔性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，油浴反应条件为140～150℃、20～30...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐淑宏，赵凯天，刘樊，王春雷，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：