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荧光化学传感及分离材料的设计、合成与应用

2020-12-11阅读(320)

荧光化学传感及分离材料的设计、合成与应用

论文摘要

具有生物学意义的离子及中性小分子的检测和／或分离在医学、环境科学领域具有重要意义。本文针对水溶液中汞、锌等金属离子的检测与分离,基于分子识别与荧光传感原理,以具有良好透明性和稳定性的硅胶为材料载体,设计、合成了可重复使用的检测与分离一体化汞、锌离子荧光传感材料；发展了一类基于多臂酰亚胺受体的重金属离子络合吸附分离材料；基于酰胺基喹啉,设计合成了一种比率型乙二酸荧光化学传感器。所得目标化合物的结构均经过红外（IR）、核磁共振氢谱（1H NMR）、核磁共振碳谱（13CNMR）和高分辨质谱（HRMS）的鉴定、确认。1.利用硅胶微球为载体,将6-双（氨甲基）吡啶基萘酰亚胺类高效汞离子有机小分子荧光化学传感器经过硅烷化修饰后,共价键联到硅胶颗粒表面,获得了可再生的、能同时检测和分离血清或水样中痕量汞离子的双功能荧光硅胶材料（FS）。FS对汞离子的检测极限达到6.8 nM,在0.1-1μM汞离子浓度范围内呈现良好的线性响应（相关系数R2=0.9991）,并可作为吸附剂应用于吸附、脱除被污染水样中的汞离子。通过简单的pH调节,能够实现FS的再生及重复使用。2.以8-氧-8H-苊并[1,2-b]吡咯-9-腈衍生物为核、酰胺喹啉Zn2+荧光化学传感器为壳,通过溶胶-凝胶聚合方法（Stober-Van Blaaderen Method）,设计、合成了具有核-壳结构的荧光硅胶纳米粒子DSSN。DSSN对Zn2+具有专一性识别性能；通过在纳米粒子内核引入8-氧-8H-苊并[1,2-b]吡咯-9-腈荧光染料作为参比信号,实现了在水溶液／细胞中对Zn2+的比率型定量检测。另一方面,[DSSN@Zn2+]络合物可用于水溶液／细胞中H2P04-的荧光识别,其荧光强度比值I591／I482在6-500μM H2P04-浓度范围内呈现良好的线性响应（相关系数R2=0.9955）,检测限达到6×10-6M,可用于生理环境中H2P04-的定量分析。3.以介孔硅胶纳米粒子为载体,将非环多臂酰胺受体分子共价键联到介孔氧化硅纳米粒子孔内表面,制备了一种新型金属离子络合吸附分离材料SM可用于水溶液中痕量重金属离子（如Hg2+、Pb2+、Cd2+）的选择性分离,并具有吸附快速（t=3 min）、pH适用范围宽（pH 3-12）等特点,能够有效脱除中药提取液中痕量重金属离子,并且对中药有效成分无影响。4.殴计合成了一种新型的基于酰胺基喹啉荧光化学传感器DAQZ。DAQZ选择性络合水溶液中的Zn2+, [DAQZ@Zn2+]各合物可用于水溶液中乙二酸的选择性识别,荧光信号减弱并伴随着20nm的波长蓝移,检测限达到3.0μM。荧光强度比值I467 nm/I513 nm在0～120μM乙二酸浓度范围内成线性关系,线性相关系数R2=0.9987,可用于水溶液中乙二酸的定量分析检测。同时,[DAQZ@Zn2+]络合物也可用于活细胞中乙二酸的荧光影像。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 前言
  • 1.1 绪论
  • 1.2 荧光化学传感器的定义及设计理念
  • 1.2.1 荧光化学传感器（Chemosensor）的定义
  • 1.2.2 荧光化学传感器的主要设计理念
  • 1.3 荧光化学传感器的应用
  • 1.3.1 荧光化学传感器用于离子检测识别
  • 1.3.2 荧光化学传感器用于中性分子识别检测
  • 1.3.3 荧光化学传感器用于荧光标记、影像
  • 1.4 荧光化学传感器材料功能化
  • 1.4.1 聚合物材料、自组装单分子层（SAMs）、半导体量子点、Langmuir-Blodgett薄膜、溶胶-凝胶材料
  • 1.5 荧光硅胶微球材料
  • 1.5.1 荧光硅胶微球的合成
  • 1.5.2 荧光硅胶微球的表面改性
  • 1.5.3 荧光硅胶微球的应用
  • 1.6 本研究工作的指导思想和主要目标
  • 第2章 检测与分离一体化的汞离子荧光传感材料
  • 2.1 引言
  • 2.2 传感/分离一体化荧光传感材料的设计
  • 2.3 仪器和试剂
  • 2.4 合成路线
  • 2.4.1 化合物2-4的合成
  • 2.4.2 化合物2-3的合成
  • 2.4.3 化合物2-2的合成
  • 2.4.4 化合物2-1的合成
  • 2.4.5 目标产物荧光硅胶传感材料（FS）的合成
  • 2.5 荧光硅胶传感材料（FS）的性能测试方法
  • 2.5.1 FS的pH滴定实验
  • 2+的荧光检测实验'>2.5.2 FS对Hg2+的荧光检测实验
  • 2.5.3 Job曲线的测定
  • 2.5.4 FS与金属离子络合常数的测定
  • 2+的脱除'>2.5.5 FS用于水中Hg2+的脱除
  • 2.5.6 FS的再生
  • 2.5.7 FS在实际水样/模拟的生理环境中的应用
  • 2.6 结果与讨论
  • 2.6.1 硅胶载体对有机小分子荧光化学传感器（2-1）光谱性能的影响
  • 2+]的影响'>2.6.2 pH对FS&[FS-Hg2+]的影响
  • 2+的荧光识别'>2.6.3 FS对Hg2+的荧光识别
  • 2+的选择性和竞争性'>2.6.4 FS对Hg2+的选择性和竞争性
  • 2+的吸附性能'>2.6.5 FS对Hg2+的吸附性能
  • 2.6.6 FS的再生性能
  • 2.6.7 FS在实际水样中和模拟生理环境中的应用
  • 2.7 本章小结
  • 2+和H2PO4-的荧光传感纳米粒子'>第3章 比率检测Zn2+和H2PO4-的荧光传感纳米粒子
  • 3.1 引言
  • 3.2 荧光硅胶纳米粒子的设计
  • 3.3 仪器和试剂
  • 3.4 有机小分子的合成路线
  • 3.4.1 sensor 1的合成路线
  • 3.4.2 dye 2的合成路线
  • 3.4.3 化合物3-1b的合成
  • 3.4.4 化合物3-1c的合成
  • 3.4.5 化合物sensor 1的合成
  • 3.4.6 化合物3-2b的合成
  • 3.4.7 化合物3-2c的合成
  • 3.4.8 化合物dye 2的合成
  • 3.5 荧光硅胶纳米粒子（SSN、DSSN、DSN）的合成
  • 3.5.1 核-壳结构荧光硅胶纳米粒子[硅胶@sensor 1（SSN）]的合成
  • 3.5.2 核-壳结构荧光硅胶纳米粒子[dye 2@硅胶（DSN）]的合成
  • 3.5.3 核-壳结构荧光硅胶纳米粒子[dye 2@硅胶@sensor 1（DSSN）]的合成
  • 3.6 荧光硅胶纳米粒子（SSN、DSN、DSSN）的表征及性能测试方法
  • 3.6.1 荧光硅胶纳米粒子（SSN、DSN、DSSN）的表征
  • 3.6.2 荧光硅胶纳米粒子的pH滴定实验
  • 3.6.3 荧光硅胶纳米粒子的荧光量子产率测定
  • 3.6.4 荧光硅胶纳米粒子对离子的滴定实验
  • 3.6.5 Job曲线的测定
  • 3.6.6 纳米粒子与目标检测离子络合常数的测定
  • 3.6.7 荧光硅胶纳米粒子的重复利用实验
  • 3.7 荧光硅胶纳米粒子的细胞测试应用
  • 3.7.1 PBS（0.15 M,pH=7.2）的配制
  • 3.7.2 青霉素溶液（1×10-4IU/mL）的配制
  • 3.7.3 链霉素溶液（1×10-4μg/mL）的配制
  • 3.7.4 血清
  • 3.7.5 DMEM培养液的配制
  • 3.7.6 胰蛋白酶（trypsin）液（0.25%）的配制
  • 3.7.7 细胞的复苏
  • 3.7.8 贴壁细胞的传代
  • 2+/H2PO4-的定量检测'>3.7.9 荧光纳米粒子用于细胞内Zn2+/H2PO4-的定量检测
  • 3.8 结果与讨论
  • 3.8.1 荧光硅胶纳米粒子的表征
  • 2+检测'>3.8.2 基于荧光硅胶纳米粒子SSN的Zn2+检测
  • 2+的影像'>3.8.3 荧光硅胶纳米粒子SSN用于细胞中Zn2+的影像
  • 3.8.4 荧光硅胶纳米粒子SSN的再生
  • 2+检测'>3.8.5 基于荧光硅胶纳米粒子DSSN的Zn2+检测
  • 3.9 本章小结
  • 第4章 基于荧光化学传感与分子识别的重金属离子吸附分离材料
  • 4.1 引言
  • 4.2 新型吸附分离材料的设计
  • 4.3 仪器和试剂
  • 4.4 合成路线
  • 4.4.1 化合物4-1的合成
  • 4.4.2 化合物4-2的合成
  • 4.4.3 化合物4-3的合成
  • 4.4.4 氨基功能化介孔氧化硅的合成
  • 4.4.5 分离材料SM的合成
  • 4.5 分离材料SM的表征及性能测试方法
  • 4.5.1 分离材料SM的表征
  • 4.5.2 分离材料SM的性能测试
  • 4.5.3 SM用于中药提取液中重金属的分离
  • 4.5.4 SM的再生
  • 4.6 结果与讨论
  • 4.6.1 分离材料SM的表征
  • 2+的分离'>4.6.2 SM用于Hg2+的分离
  • 2+分离的影响'>4.6.3 时间、pH、不同离子浓度对SM用于Hg2+分离的影响
  • 4.7 SM用于中药提取液中痕量重金属的提取分离
  • 4.8 本章小结
  • 第5章 基于酰胺基喹啉新型比率型乙二酸荧光化学传感器
  • 5.1 引言
  • 5.2 比例型荧光化学传感器的设计
  • 5.3 仪器和试剂
  • 5.4 比率型荧光化学传感器的合成路线
  • 5.4.1 化合物5-1的合成
  • 5.4.2 化合物5-2的合成
  • 5.4.3 化合物5-3的合成
  • 5.4.4 目标化合物DAQZ的合成
  • 5.5 目标化合物DAQZ的性能测试方法
  • 5.5.1 pH滴定实验
  • 5.5.2 DAQZ对离子的检测实验
  • 5.5.3 Job曲线的测定
  • 5.5.4 荧光化学传感器与目标检测离子络合常数的测定
  • 5.5.6 荧光量子产率测定
  • 5.5.7 荧光化学传感器用于细胞中的测试
  • 5.6 结果与讨论
  • 2+的检测'>5.6.1 目标化合物DAQZ对Zn2+的检测
  • 2+]络合物对乙二酸的检测'>5.6.2 目标化合物[DAQZ@2Zn2+]络合物对乙二酸的检测
  • 2+]络合物对细胞中乙二酸的影像'>5.6.3 目标化合物[DAQZ@2Zn2+]络合物对细胞中乙二酸的影像
  • 5.7 本章小结
  • 第6章 结论
  • 参考文献
  • 论文创新点
  • 攻读博士期间发表和待发表的文章
  • 致谢
  • 附录（部分典型波谱）

    • 相关论文文献

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