包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊及其制备与应用的制作方法

本发明涉及一种包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊及其制备方法，以及在制备氧敏荧光膜中的应用。

(二)

背景技术：

溶解氧(Dissolved Oxygen)是指水体与大气交换或化学反应、生物化学反应溶解于水中的分子态氧，通常记作DO。溶解氧浓度的检测在环境监测、工业生产、临床医学以及水产养殖等领域均有重要意义。

光纤溶解氧传感器是测定溶解氧浓度的一种重要方法。由于O₂是某些氧敏荧光物质的天然猝灭剂，且其猝灭过程是可逆的，所以多数光纤溶解氧传感器是基于氧敏荧光猝灭原理，其核心组件是氧敏荧光膜。O₂浓度与氧敏荧光物质所发出的氧敏荧光强度和氧敏荧光寿命存在定量关系：

(式中I₀,I,τ₀,τ分别是无氧和有氧条件下的氧敏荧光强度和氧敏荧光寿命，[O₂]是氧气浓度，Ksv为Stern-Volmer常数，对特定的猝灭剂是固定的。)由传感器内的检测器收集指示剂的氧敏荧光强度或氧敏荧光寿命的信号得到对应的氧浓度。

氧敏荧光膜是将氧敏性氧敏荧光指示剂固定到基质膜中制得。通常氧敏荧光膜所采用的固体基质有聚合物和溶胶-凝胶材料，但由于聚合物易与指示剂发生光化学反应，导致二者的光学稳定性变差，因此采用溶胶-凝胶法制备氧敏荧光膜应用最为广泛。溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)是以无机物或金属醇盐为前驱体，反应物在液相均匀混合后经过水解和缩聚反应，再经热处理制成氧化物或其它化合物固体的方法。

现有溶胶-凝胶法制备氧敏荧光膜的过程中，氧敏荧光指示剂的固定方法一般为物理包埋和化学键合两种。物理包埋法是将指示剂按合适的比例直接分散到前驱体溶液中，通过旋涂或浸渍等方法在基片表面铺展开，干燥后即可得到氧敏荧光膜。通过该方法制得的膜内，指示剂分子与基质网络的作用力较弱(通常是范德华力、氢键、静电力等)，因而指示剂分子很容易从基质中泄露出来。化学键合法是将指示剂分子与基质中的活性基团通过共价键接合在一起，以防止指示剂的泄露。但是这种方法要求指示剂分子结构中必须含有能与基质活性基团键合的活性基团，而大多数指示剂分子不含此类基团，因此需要对指示剂分子进行修饰，而对分子结构的修饰又会引起其光学性质的变化，这在一定程度上限制了该方法的使用。

利用纳米粒子包埋氧敏荧光指示剂分子是解决氧敏荧光指示剂泄露问题的一种新途径，近年来备受关注。国内外学者已报道选用有机(聚合物、脂质体和树状大分子)和无机(二氧化硅、金属、量子点[quantum dots(QD)])等纳米粒子来包埋氧敏荧光指示剂，主要采用层层自组装方法(layer-by-layer，LBL)、再沉淀-包覆法(encapsulation–reprecipitation)、溶胶凝胶法和微乳液法制备氧敏性纳米粒子用作溶解氧传感器。这些方法在固定氧敏荧光指示剂的同时均可保持其分子结构和氧敏荧光特性，其中LBL法通过多次对聚电解质自组装来制备聚合物壳层，可对壳层进行一定的调控和修饰，但制备过程繁琐；再沉淀-包覆法利用氧敏荧光指示剂的憎水性及其在基质和溶剂中的溶解性不同来制备纳米粒子，制备过程简单，但粒子结构难以精确调控；溶胶凝胶法和微乳液法主要用于制备无机和磁性氧敏性纳米粒子，生物相容性差，且也无法实现核/壳结构的精确调控。

综上所述，众多学者在氧敏荧光指示剂的固定方法和解决氧敏荧光指示剂的泄露问题方面已做了大量研究工作，提出了多种氧敏性纳米粒子的制备方法，但目前所报道的氧敏性的纳米粒子均未实现可控制备，其核壳结构和表面形态难以精确调控，而这正是氧敏荧光指示剂被有效包埋的关键，也是溶解氧传感器实现DO准确、快速、实时在线监测的基础。

(三)

技术实现要素：

本发明利用纳米聚合物胶囊作为载体来包埋并固定氧敏荧光指示剂，解决一直困扰人们的氧敏荧光指示剂的泄露问题；并进一步将包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊与氟化有机改性的溶胶-凝胶基质相结合，通过旋涂工艺制备基于溶解氧监测的高性能氧敏荧光膜，同时可精确控制薄膜中氧敏荧光指示剂的含量及微相分布。针对现有溶胶-凝胶法制备的氧敏荧光膜中，膜基质孔结构难以精确控制和指示剂容易泄露的问题，本发明所制备的高性能氧敏荧光膜在不影响指示剂光学性能的同时，解决了指示剂的泄露问题。

本发明运用RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer Polymerization，可逆加成/断裂链转移)细乳液界面聚合法，按一定核壳比将氧敏荧光指示剂包埋到纳米聚合物胶囊中，制得具有一定粒径的包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊；将所得包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊按一定比例分散到前驱体溶液中，通过旋涂的方法制得氧敏荧光膜。

本发明采用如下技术方案：

一种包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊，其制备方法为：

(1)合成双亲性大分子RAFT试剂：

将4,4-偶氮-二(4-氰基戊酸)、十二烷基-3-腈基戊酸三硫酯溶于二氧六环中，再加入亲水性单体和亲油性单体混合均匀，在70～90℃条件下聚合反应6～9h，减压蒸除溶剂制得双亲性大分子RAFT试剂；

所述的亲水性单体为丙烯酸或甲基丙烯酸；

所述的亲油性单体为苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯；

所述亲水性单体与亲油性单体、4,4-偶氮-二(4-氰基戊酸)、十二烷基-3-腈基戊酸三硫酯、二氧六环的质量比为1：0.5～2：0.01～0.1：0.1～0.7：4～16，优选1：0.8～1：0.04～0.05：0.2～0.3：7～8；

(2)包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊的制备：

将步骤(1)所得双亲性大分子RAFT试剂加去离子水配制成水相；将氧敏荧光指示剂加入核心材料中配制成含氧敏荧光指示剂的混合液；再将含氧敏荧光指示剂的混合液与乙烯基类单体、交联剂、油溶性引发剂混合得到油相；将所得油相加入水相中，混合均匀，经超声粉碎机剪切(超声粉碎机功率为450～650W，剪切时间为15～25min)制得细乳液；所得细乳液在150～180℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应4～6h，之后冷却至室温(20～30℃)，即制得壳层高度交联的包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊(直接以溶液形式保存)；

所述水相中，双亲性大分子RAFT试剂的质量分数为0.4％～1.5％，优选0.5％～0.7％；

所述含氧敏荧光指示剂的混合液中，氧敏荧光指示剂的质量分数为0.1％～0.8％，优选0.3％～0.5％；

所述乙烯基类单体与交联剂、油溶性引发剂、含氧敏荧光指示剂的混合液的质量比为1：0.1～3：0.005～0.08：0.2～2，优选1：0.2～1.3：0.006～0.05：0.3～1.5；

所述水相与油相的质量比为1：0.1～0.5，优选1：0.1～0.3；

所述的乙烯基类单体为不含氟乙烯基类单体或氟化乙烯基类单体；所述的不含氟乙烯基类单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸羟丙酯，所述的氟化乙烯基类单体为五氟苯乙烯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸八氟戊酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、全氟辛基丙烯酸酯、丙烯酸三氟甲基十二氟辛酯或十六氟壬基甲基丙烯酸酯；优选甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯；

所述的交联剂为对二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯，优选对二乙烯基苯；

所述的油溶性引发剂为偶氮二异丁腈；

所述的核心材料为液态直链烷烃，所述的液态直链烷烃为正庚烷、正辛烷、正癸烷、正十六烷或石蜡，优选石蜡；

所述的氧敏荧光指示剂为钌多吡啶络合物或铂卟啉络合物，优选三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌。

本发明所制备的包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊，其核心部分为液态直链烷烃和氧敏荧光指示剂，壳层为乙烯基类单体和交联剂聚合后形成的高度交联的聚合物，平均粒径为100～400nm。

本发明所述的包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊可应用于氧敏荧光膜的制备，所述氧敏荧光膜的制备方法为：

(A)将四乙氧基硅烷(TEOS)、三氟丙基三甲氧基硅烷(TFP-TriMOS)、无水乙醇、去离子水混合，用盐酸(0.8wt％～1.5wt％)调节pH为1～1.8，密封后搅拌0.8～1.5h，得到氧敏荧光膜基质溶胶；

所述四乙氧基硅烷与三氟丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水的物质的量之比为1：0～2：6～14：2～8(其中三氟丙基三甲氧基硅烷投料比例为0时的含义是，可以不加三氟丙基三甲氧基硅烷)，优选1：0.8～1.2：8～12：4～6；并且，所述四乙氧基硅烷与三氟丙基三甲氧基硅烷两者的总物质的量与所述去离子水的物质的量之比为1：1～5，优选1：1～4；

(B)将本发明制得的包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊(溶液形式)在150～200℃下烘干(以除去液态直链烷烃)，之后碾碎(至+60～-110目)与乙醇混合，经超声(超声机功率为200～300W，时间为15～20min)分散均匀后加入步骤(A)所得氧敏荧光膜基质溶胶中，继续超声(超声机功率为200～300W，时间为15～20min)混合均匀后置于避光环境中，于常温(20～30℃)下陈化5～72h(优选48h)，得到镀膜液，利用匀胶机将所得镀膜液旋涂于经预处理的基材表面(通常所述镀膜液在基材表面的旋涂量为0.01g/cm²)，自然晾干，制得氧敏荧光膜(无需与基材剥离)；

所述包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊以烘干后的质量计与乙醇、氧敏荧光膜基质溶胶的质量比为1：1～10：3～10，优选1：1～3：3～5；

所述基材为任意透明的基材，优选盖玻片(通常24mm×24mm规格)，其预处理方法为：将基材浸泡在0.1M NaOH溶液中24h，再依次用乙醇和去离子水洗净后烘干，备用。

本发明的有益效果在于：

(1)应用RAFT细乳液聚合法将氧敏荧光指示剂包埋到纳米聚合物胶囊中，可精确调控包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊的核壳结构和表面形态，从而实现了氧敏荧光指示剂的有效包埋，解决了氧敏荧光指示剂易泄露的问题，这是溶解氧传感器实现DO准确、快速、实时在线监测的基础。

(2)将氟化/无氟的纳米聚合物胶囊与溶胶-凝胶技术结合，使包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊可均匀分散到溶胶-凝胶基质中，制备得到高性能的溶胶-凝胶氧敏荧光膜。

(四)附图说明

图1a：实施例1中不含氟纳米聚合物胶囊的扫描电镜图；

图1b：实施例1中不含氟纳米聚合物胶囊的透射电镜图；

图1c：实施例12中含氟纳米聚合物胶囊的透射电镜图；

图2：用含包埋有氧敏荧光指示剂的氟化/无氟纳米聚合物胶囊的溶胶凝胶旋涂制备氧敏荧光膜的示意图；

图3：实施例1制备的氧敏荧光膜在有氧水和无氧水中的动态响应曲线；

图4：对比例1制备的氧敏荧光膜动态响应曲线。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

所有实施例中所用双亲性大分子RAFT试剂由以下方法制得：

将8克的甲基丙烯酸、7克的甲基丙烯酸甲酯、0.4克的4,4-偶氮-二(4-氰基戊酸)和2克的十二烷基-3-腈基戊酸三硫酯溶于60克的二氧六环溶剂中，在80℃条件下聚合8小时，减压蒸除溶剂制得双亲性大分子RAFT试剂。

所有实施例及对比例中所用盖玻片的预处理方法均为：在0.1M NaOH溶液中浸泡24小时，再依次用乙醇和去离子水洗净后烘干。

以下是本发明的具体实验案例。

实施例1

(1)制备核壳比为1:1的包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊，平均粒径为218.6nm，具体步骤如下：

将0.30克双亲性大分子RAFT试剂与49.70克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由3.55克的甲基丙烯酸甲酯、1.42克的对二乙烯基苯、0.07克的偶氮二异丁腈、4.94克石蜡和0.02克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊。

(2)制备含包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊质量浓度为20％的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

A)将10.42克四乙氧基硅烷(TEOS)、10.91克三氟丙基三甲氧基硅烷(TFP-TriMOS)、23.04克无水乙醇和4.50克去离子水依次加入到圆底烧杯中，以0.1mol/L的盐酸为催化剂，调节pH为1.2，加盖密封磁力搅拌1小时后，制得氧敏荧光膜基质溶胶；

B)将步骤(1)中制得的纳米聚合物胶囊溶液在180℃条件下烘干(12h)得到颗粒状的纳米聚合物胶囊，取3.0克该纳米聚合物胶囊的颗粒物，碾碎后加入到4.0克无水乙醇中，经过超声与乙醇混合均匀，再加入11.0克步骤A)制得的溶胶，连续多次进行超声混合，放入避光环境常温下陈化48小时，得到镀膜液，最后利用匀胶机将所得镀膜液旋涂于事先预处理过的24mm×24mm盖玻片表面，自然晾干，制得氧敏荧光膜。

实施例2

制备核壳比为1:2的包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊，平均粒径为228.7nm，制备含包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

(1)将0.3克双亲性大分子RAFT试剂与49.7克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由4.72克的甲基丙烯酸甲酯、1.89克的对二乙烯基苯、0.09克的偶氮二异丁腈、3.29克石蜡和0.01克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊；

(2)按实施例1所述方法制备含本实施例制备的纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例3

本实施例与实施例2的方法相同，不同之处为双亲性大分子RAFT试剂用量分别为0.32、0.34、0.36、0.38克，对该聚合物胶囊的粒径进行调控，通过型号为ZEN1600的马尔文激光粒度仪测试不同RAFT试剂量制备的纳米聚合物粒子的粒径，平均粒径分别为215nm、163.7nm、152.9nm、146.0nm；

按实施例1的方法分别制备了含本实施例制备的纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例4

本实施例与实施例2的方法相同，不同之处为引发剂偶氮二异丁腈的用量分别为0.03、0.06、0.09、0.12克，考察了引发剂量对该聚合物胶囊结构和单体转化率的影响，发现随着引发剂量的增多，单体转化率增高，合成的纳米聚合物胶囊形貌规整、粒径相近，随着转化率的逐步提高，纳米聚合物粒子由最初的不规则形状最终变为完整的球形结构并且具有相似的粒径，但当引发剂AIBN达到一定量后，会引起RAFT试剂的失活，导致转化率反而降低；

按实施例1的方法分别制备了含本实施例制备的纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例5

制备核壳比为1:3的包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊，平均粒径为151nm，制备含包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

(1)将0.30克双亲性大分子RAFT试剂与49.70克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由5.30克的甲基丙烯酸甲酯、2.10克的对二乙烯基苯、0.11克的偶氮二异丁腈、2.46克石蜡和0.01克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊；

(2)按实施例1所述方法制备含本实施例所制备的不含氟纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例6

制备核壳比为1:4的包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊，平均粒径为148nm，制备含包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

(1)将0.30克双亲性大分子RAFT试剂与49.70克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由5.65克的甲基丙烯酸甲酯、2.26克的对二乙烯基苯、0.11克的偶氮二异丁腈、1.97克石蜡和0.01克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的不含氟纳米聚合物胶囊；

(2)按实施例1所述方法制备含本实施例制备的不含氟纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例7

制备核壳比为1:1的包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊，平均粒径为278.4nm，制备含包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

(1)将0.30克双亲性大分子RAFT试剂与49.70克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由3.55克的十二烷基氟庚酯、1.42克的对二乙烯基苯、0.07克的偶氮二异丁腈、4.94克石蜡和0.02克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊；

(2)按实施例1所述方法制备含本实施例制备的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例8

制备核壳比为1:2的包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊，平均粒径为158nm，制备含包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

(1)将0.30克上述双亲性大分子RAFT试剂与49.70克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由4.72克的十二烷基氟庚酯、1.89克的对二乙烯基苯、0.09克的偶氮二异丁腈、3.29克石蜡和0.01克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊；

(2)按实施例1所述方法制备含本实施例制备的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例9

本实施例与实施例8的方法相同，不同之处为双亲性大分子RAFT试剂用量分别为0.24、0.26、0.28、0.32克，对该聚合物胶囊的粒径进行调控，测试不同RAFT试剂量制备的纳米聚合物粒子的粒径，平均粒径分别为245nm、213.6nm、174nm、146.9nm；

按实施例1的方法分别制备了含本实施例制备的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例10

本实施例按实施例8的方法相同，不同之处为引发剂偶氮二异丁腈的用量分别为0.03、0.06、0.09、0.12克，其规律与不含氟单体聚合的规律相同；

按实施例1的方法分别制备了含本实施例制备的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例11

制备核壳比为1:3的包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊，平均粒径为156nm，制备含包埋有氧敏荧光指示剂的纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

(1)将0.30克双亲性大分子RAFT试剂与49.70克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由5.30克的十二烷基氟庚酯、2.10克的对二乙烯基苯、0.11克的偶氮二异丁腈、2.46克石蜡和0.01克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊；

(2)按实施例1所述方法制备含本实施例制备的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例12

制备核壳比为1:4的包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊，平均粒径为168nm，制备含包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊浓度为2.5mg/ml的氧敏荧光膜，具体步骤如下：

(1)将0.30克双亲性大分子RAFT试剂与49.70克去离子水配制成水溶液作为水相，加入由5.65克的十二烷基氟庚酯、2.26克的对二乙烯基苯、0.11克的偶氮二异丁腈、1.97克石蜡和0.01克三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌组成的油相并混合均匀，经超声粉碎20分钟制得细乳液。将细乳液在160℃条件下进行RAFT活性自由基细乳液聚合反应，反应5小时后冷却，制得包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊；

(2)按实施例1所述方法制备含本实施例制备的氟化纳米聚合物胶囊浓度为20％的氧敏荧光膜。

实施例13

本实施例与实施例2所述方法相同，不同之处为基质膜溶胶制备过程中，pH分别标定为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8，用基于相位移法的溶解氧传感器分别测试不同pH条件下所制备的溶解氧传感膜在无氧水和空气饱和水中的电压响应信号，得到对应的动态响应曲线，发现pH＝1.2时，氧敏荧光膜的可逆性最优，灵敏度最大。

实施例14

本实施例与实施例2所述方法相同，不同之处为在基质膜溶胶制备过程中，保持前驱体(四乙氧基硅烷与三氟丙基三甲氧基硅烷)的物质的量的比不变的条件下，水和前驱体的物质的量比值R分别为1.5、2、2.5、3。在pH一定的条件下，增大R值即增加前躯体混合溶液中水的含量，可以加快前驱体的水解和缩合反应，最终形成较大密度和交联度的微孔结构。微孔结构的孔隙率减小会降低气体在基质中的扩散系数，延长指示剂的响应时间，降低传感膜的灵敏度，但也提升了指示剂的固定效果。对所制备的氧敏荧光膜按实施例3所述方法测试其性能，发现当R＝2.5时，氧敏荧光膜的性能最佳。

实施例15

本实施例与实施例2所述方法相同，不同之处为陈化时间分别为5h、24h、48h、72h。

陈化过程主要是继续进行水解和聚合反应，溶胶的粘度也随陈化时间的延长而增加。溶胶粘度是决定溶解氧传感膜厚度的关键因素，而膜厚度又影响到溶解氧传感膜开裂情况和响应性能。因此，陈化时间的选择具有重要意义。

本实施例分别对不同陈化时间制备的氧敏荧光膜进行了动态响应测试。发现电压信号值随陈化时间的延长而减小，同时无氧水电压信号与空气饱和水电压信号的比值越来越大，即传感膜的灵敏度逐步增加。其原因可以解释为随着陈化时间的增加，氧敏荧光膜内的纳米聚合物胶囊浓度也随之升高。此外，观察制备的膜发现陈化时间72h的溶解氧传感膜出现开裂，而陈化时间较短的传感膜并没有开裂的情况。所以为保证得到表面光滑不开裂同时兼具高灵敏度和良好可逆性的溶解氧传感膜，最佳陈化时间应选择48h。

对比例1

参见文献：陈通通，基于荧光猝灭原理的溶解氧传感膜制备新技术的研究[D]，浙江工业大学，2014.

制备包埋有氧敏荧光指示剂的氟化纳米聚合物胶囊氧敏荧光膜，具体步骤如下：

将四乙氧基硅烷(TEOS，0.64g)、三氟丙基三甲氧基硅烷(TFP-TriMOS，0.71g)、无水乙醇(0.99g)、去离子水(0.23g)混合，用盐酸(0.8wt％～1.5wt％)调节pH为1.2，密封后搅拌1h后加入0.5mL 2.5mg/L的三(4,7-联苯-1,10-领菲啰啉)二氯化钌的乙醇溶液，继续搅拌20min，之后在避光环境下陈化48h后得到镀膜液，最后利用匀胶机在事先处理过的24mm×24mm盖玻片涂膜，自然晾干，制得氧敏荧光膜，其动态响应曲线附图4所示。

对比例1是通过氟化改性的溶胶凝胶法制备氧敏荧光膜，存在溶胶凝胶法固有的缺点，即指示剂容易泄露、影响因素多、膜机构调控工艺复杂等。本发明创新地利用纳米胶囊技术将氧敏指示剂包裹到纳米胶囊中，成功地解决了指示剂泄露的问题，并且RAFT聚合是活性聚合，易于对结构进行调控。由动态响应曲线可知本发明所制得的氧敏荧光膜较对比例1中的氧敏荧光膜有更高的灵敏度。