内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒的制备及应用
【技术领域】
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[0001]本发明属于环境污染检测技术领域，涉及一种制备具有仿真生物细胞对有机污染物的吸附功能的微纳米颗粒的工艺技术，用于模拟、检测和研究环境污染物浓度分布，检验动物细胞对疏水性污染物的吸附动力学行为和生物有效性，特别是内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒的制备及应用。
【背景技术】
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[0002]目前，由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够，导致了全球性的环境污染危机，其中水污染尤为严重，污染物对生态环境的风险主要表现在对生物及生物群落的干扰或毒性行为，当生物体内污染物浓度超过生物的耐受上限，对生物体的组织和器官产生毒害作用，使生物正常的新陈代谢受阻，导致生物病变或死亡；化工产业的发展，导致环境中污染物的种类和数量显著增加，这些化合物对生态环境及人体的危害，需要开展大量的毒理学实验，测试其生物毒性和环境风险程度，针对环境的多样性，污染物质在环境中的暴露水平和生物有效性之间的关系，需要开展毒性实验加以验证，在污染物毒性测试中，常规的实验物种主要有鱼类、两栖类、微生物类、底栖生物和微生物类等等，而在毒性测试中，受试生物的驯化、毒性暴露以及检测过程中，通常占用大片试验场地、消耗大量时间、人力、物力和财力，同时生物样品野外采集和保存过程要求严格，极易影响实验误差，给毒性实验研究带来极大不便；多环芳烃(PAHs)广泛而持久地存在于水体环境中，因对生物有致癌性、致畸性和富集性，而备受关注；PAHs主要通过石油精炼泄漏、交通运输、化石燃料和有机物的不完全燃烧燃烧、炼焦炉过程产生并排放到环境中，水体中的PAHs主要来源于大气沉降过程；水体生物对PAHs的吸附主要通过生理上的主动运输和被动扩散获得，三油精广泛分布动植物细胞中，其强疏水性增加了生物对疏水性污染物的吸附和富集，在水中的溶解度通常在pg/L?ng/L级别，传统的分析手段不能准确、快速、同时检测水体中痕量PAHs ;近年来，我国的PAHs排放量随着产业发展和人口增长显著增加，能够快速、准确检测环境介质中的PAHs等持久性有机污染物很有必要，同时开展污染物在生物细胞中的扩散行为的研究对于探索污染物的毒性特征和环境行为具有重要意义，因此高效、快速的污染物前处理技术急需研究和开发；所以，开发快速、稳定的检测和评估水体中生物体内污染物的浓度范围的研究，探讨治理环境污染的新材料，是污染物环境风险亟需解决的新技术。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求制备一种具有仿真生物细胞并对有机污染物的吸附动力学特征的内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒物，以磁性纳米材料为基础，通过包被三油精和纤维素，制得内嵌多囊泡的核壳式结构，对疏水性污染物有很好的吸附性能，醋酸纤维素膜空隙结构发达，提高膜内外污染物质的交换速度，缩短受试生物毒性测试实验周期，避免生物培养条件的干扰。
[0004]为了实现上述目的，本发明涉及的内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒的制备工艺，借助磁性纳米材料在外加磁场下快速分离的性能，对其表面包被具有类似生物对水体疏水性污染物吸附动力学特征的三油精醋酸纤维素复合膜颗粒，其具体制备步骤为:
[0005](I)、共沉淀法合成 Fe3O4MNPs 水溶液:将 2.0g FeCl2.4H20 和 5.2gFeCl3.6H20溶解于25ml无氧去离子水中，并加入0.85mL浓盐酸形成混合液，在氮气保护和不断搅拌下，将混合液逐滴加入到250mLl.5M的NaOH溶液中得到Fe3O4MNPs,用200mL去离子水清洗Fe304MNPs5-10遍后将其悬浮保存于220mL的去离子水中，制得浓度为10mg/mL且粒径为1nm 的 Fe3O4MNPs 水溶液；
[0006](2)、制备乳化液:将浓度为0.02g/mL的醋酸纤维素和浓度为0.2g/mL的三油精添加入25mL丙酮中形成混合物，将密封后的混合物置于振荡器上以100r/min振荡1_9小时，使其充分混匀，完成乳化液的制备；
[0007](3)、制备 Fe3O4OCTAB MNPs:取 1mL 步骤(I)合成的 Fe3O4MNPs 溶液加入到 1mL浓度为5mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液中形成混合液，室温下超声混合液10-15min，使Fe3O4MNPs表面被CTAB充分修饰，得到具有疏水性表面的辐射状结构的Fe3O4OCTAB MNPs，通过CTAB阳离子端头静电吸附在Fe304@CTAB MNPs磁性纳米材料的表面；
[0008](4)、制备乳化Fe3O4OCTAB MNPs:将水浴锅加热到35±2°C，并以300r/min的机械搅拌，将步骤⑶制备的Fe3O4OCTAB MNPs逐滴加入步骤⑵制备的乳化液中形成混合液，在混合液中逐滴加入pH值为10.0的NaOH水溶液50ml，得到乳化Fe3O4OCTAB MNPs ；
[0009](5)、制备内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒:将步骤(4)制得的乳化Fe3O4OCTABMNPs用旋转蒸发器控制温度28?32°C浓缩至粘稠状并冷干，得到Fe3O4OTri0IeinOCAMMNPs，再用10°C的去离子水浸泡Fe3O4OTr1leinOCAM MNPs 12小时，得内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒。
[0010]本发明涉及的内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒在应用于模拟、检测和分析环境污染物浓度分布，检验动物细胞对疏水性污染物的吸附动力学行为和生物有效性时的具体工艺步骤为:
[0011](I)、先将I?2重量份的内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒置于被测水中，搅拌5?10分钟，使其混合均匀形成混合液；
[0012](2)、然后将混合液静置3小时后用磁铁分离出纳米颗粒，倾倒出上清液；
[0013](3)、按照1:3的体积比取乙腈20mL与正己烷60mL搅拌形成混合液，将混合液以每次5mL超声清洗1min以洗脱纳米颗粒上富集的有机污染物，得到20mL含有目标化合物的洗脱液；
[0014](4)、用氮吹仪对步骤(3)得到的洗脱液进行浓缩，并定容至1ml，然后用0.22 μπι的玻璃纤维滤膜过滤至1.5mL液相瓶中，用GC/UPLC-MS对PAHs (多环芳烃)进行检测；将内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒添加到IL含有100ng/L丙苯芘的水体中，慢速搅拌下，富集48小时，于0.25、0.5、1、2、4、8、16、24、36和48时分别取样，检测富集的PAHs量，进行动力学实验分析后表明，内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒对水体中PAHs的吸附动力随着时间的增加，而逐渐达到饱和，具有和水体生物对污染物吸附的动力学特征。
[0015]本发明与现有技术相比，以Fe3O4MNPs为核心，对其表面修饰包含三油精的多囊破膜结构，再直接投加到自然水体中，检测水体中的多环芳径污染的浓度，模拟水体生物细胞对多环芳径污染等多种疏水性有机物的吸附动力学特征；其设计原理可靠，制备工艺步骤简单，设计路线成熟，环保无污染，比表面积大，表面空隙发达，与水体具有良好的相容性，有利于水体中污染物的扩散，能根据环境条件的差异，缩小采样时间。
【附图说明】
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[0016]图1为本发明的制备原理示意图。
[0017]图2为本发明涉及的Fe3O4MNPs的扫描电镜光谱图。
[0018]图3 I为本发明涉及的CTAB修饰在Fe3O4MNPs上的红外光谱表征图。
[0019]图3 II为本发明涉及的醋酸纤维膜成功修饰在Fe3O4OCTAB MNPs上的红外光谱表征图。
[0020]图3 III为本发明涉及的随着醋酸纤维素和三油精添加量分别为a、2.5a,7.5a和15a的条件下，红外吸收峰逐渐增加。
[0021]图3 IV为本发明涉及的随着醋酸纤维素和三油精增加到15a，Fe3O4OCTAB MNPs上包被的醋酸纤维素效率下降的红外光谱图，以及征三油精成功嵌入到醋酸纤维膜的表征图。
[0022]图4 I和II为本发明涉及的内嵌三油精多囊泡磁性纳米颗粒对多环芳烃的吸附过程图。
[0023]图4 II1、IV、V为本发明利用外加磁场分离、洗脱污染物的示意图。
[0024]图4 VI为为本发明涉及的用GC/UPLC-MS对多环芳烃的测定分析示意图。
【具体实施方式】
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[0025]下面结合附图并通过实施例对本发明作出进一步的详细说明。
[0026]实施例: