一种基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法及其应用

1.本发明属于复合材料制备及食品安全检测技术领域，具体涉及一种基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法及其应用。


背景技术：

2.柠檬黄是一种人工偶氮类合成色素，其颜色鲜丽、价格便宜，具有天然色素无法企及的稳定性和着色力，主要用于果酱、糖果、饮料、糕点着色。但是过量添加柠檬黄会引发儿童多动症、哮喘和过敏反应。因此，发展快速简单、灵敏准确的检测方法，对食品中的柠檬黄含量进行准确检测和有效控制具有重要意义。目前柠檬黄的测定方法主要有分光光度法、液相色谱法（gb 5009.35-2016）、毛细管电泳法、液相色谱-质谱法等，虽然上述检测方法在很大程度上促进了柠檬黄检测技术的发展，但这些方法不可避免地存在成本高、样品制备过程耗时、操作复杂等缺点，限制了它们在常规分析中的实际应用。而一些新型的传感器检测方法虽然灵敏度较高，但稳定性较差，多数只适用于简单液体饮料样品中的柠檬黄检测。面对复杂食品基质，在保证检测灵敏度的同时，建立一种检测成本较低，且节省时间的检测方法尤为重要。因此，制备一种绿色环保的高灵敏度检测材料是目前研究工作的主要目的。
3.荧光检测技术由于其操作简单、灵敏度及选择性高等优势被广泛应用。碳点作为一种新型的荧光材料，与传统的半导体量子点相比具有优异的发光性能、良好的光稳定性、简单的合成工艺、低毒性、低成本等优势。将荧光技术与分子印迹技术相结合，可以提高对目标物的选择性。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法，该方法高稳定性的碳点结合高选择性的表面自由基聚合分子印迹技术，同时引入对大分子干扰物具有良好排阻性能的限进介质材料，提高材料的抗干扰性。
5.本发明还提供了一种基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料在柠檬黄传感检测中的应用，利用荧光分光光度计，建立食品中柠檬黄的高灵敏、高选择性检测技术，为食品中有害物质的检测提供可行性思路和技术。
6.本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：本发明提供了一种基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）碳点（cds）制备准确吸取反应溶剂置于三颈烧瓶中，充n2除氧，将反应容器移至加热套中，在氮气氛围环绕下伴随着强烈搅拌将升温，立即加入无水柠檬酸，保温反应，反应结束后冷却至室温，最后用石油醚反复洗涤，过滤分散在无水乙醇中，得cds乙醇混悬液，在4 ℃条件下储存备用；
（2）cds表面修饰准确量取有机溶剂和cds乙醇混悬液混合置于反应容器中，随后加入水和氨水混合溶液，并将反应容器放在恒温磁力搅拌器上，缓慢滴加硅酸乙酯进行反应；反应结束后用乙醇离心、干燥得到cds@sio2；准确称取一定质量的cds@sio2倒入内含反应溶剂的三颈烧瓶中，在磁力搅拌下缓慢滴加kh-570，升温，保温反应；最后乙醇离心、干燥得到c=c修饰的cds@sio2；（3）cds@ram-mip合成将模板分子和功能单体超声分散在甲醇：dmf混合溶液中，在25℃下预聚合3 h；预聚合结束后加入c=c官能团修饰后的cds、交联剂、共聚单体和引发剂，热反应聚合；甲醇去除未反应原料，离心分离收集产物，真空干燥得到初产物，分别用醇-碱溶液、醇溶液进行索氏提取，干燥后得真空干燥后得到荧光分子印迹材料（cds@mip）；最后，准确称取cds@mip分散到硫酸水溶液，升温后水解，反应结束后，将产物通过甲醇抽滤、洗涤，真空干燥收集，得到最终产物限进介质-荧光分子印迹材料（cds@ram-mip）。
7.进一步的，步骤（1）中，所述反应溶剂为n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷，所述升温至240℃；所述反应的时间为0.5-3 min；所述每10ml的n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷加入无水柠檬酸0.5 g。
8.进一步的，步骤（2）中，所述有机溶剂和cds乙醇混悬液的体积比为9.1:5；所述有机溶剂为无水乙醇；所述水和氨水混合溶液中水和氨水的体积比为6.3:2；所述混合溶液和cds乙醇混悬液的体积比为8.3:5；所述cds乙醇混悬液和硅酸乙酯的体积比为5:2.23；所述cds乙醇混悬液的浓度为0.21g/ml；所述滴加硅酸乙酯后反应的时间为12h；所述每500mg的cds@sio2加入反应溶剂50ml，加入kh-5702 ml；所述反应溶剂为甲苯；所述保温反应为在110℃下，反应2h。
9.进一步的，步骤（3）中，所述模板分子、功能单体和共聚单体的摩尔比为1：2：1-3，优选的摩尔比为1：2：2；所述模板分子为柠檬黄，功能单体为4-乙烯基吡啶，共聚单体为甲基丙烯酸甘油酯；所述功能单体在反应体系中的浓度为0.08 m，所述共聚单体在反应体系中的浓度为0.05-0.08 m；所述cds@sio2在反应体系中的分散浓度为4 mg/ml；所述交联剂为kh-570；所述功能单体与交联剂的摩尔比为2：10-20，优选的摩尔比为2：16；所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述每1-3mol功能单体中加入27 mg-52 mg的引发剂，优选用量为42 mg；所述甲醇：dmf混合溶液的体积比例为3：7-7：3，优选的体积比为5：5。
10.进一步的，步骤（3）中，所述预聚合为在25℃下聚合3h；所述真空干燥的温度为60℃。
11.进一步的，所述醇-碱溶液为甲醇-氨水混合液，甲醇和氨水的体积比为7：3；所述醇溶液为甲醇溶液；所述硫酸水溶液的溶度为0.1 mol/l；所述cds@mip在硫酸水溶液中的浓度为10mg/ ml。
12.进一步的，步骤（3）中，所述水解为在60℃下水解8h。
13.本发明还提供了一种利用上述制备方法制备得到的碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料在分析检测柠檬黄中的应用，包括以下步骤：（1）将制备的聚合物cds@ram-mip按2 mg：2 ml料液比加入样品提取液中，室温振
荡0~45 min，待分析检测使用。
14.（2）将待测样品采用荧光分光光度计检测分析。
15.进一步的，所述荧光分光光度计检测分析的条件为：激发波长为360 nm，发射波长为400~600 nm，增益为中，狭缝宽度为10 nm。
16.本发明采用表面自由基聚合印迹技术，通过加入官能团修饰的碳点，与ram-mip结合，制备得到碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料，一方面利用荧光材料的荧光特性提高材料的灵敏度和稳定性，另一方面限进介质材料可提高分子印迹层对大分子干扰物的排阻性能和荧光材料的选择性。
17.本发明的有益效果为：（1）本发明提供的材料制备方法简单，合成环境相对友好，制备的复合材料集成了限进介质材料、分子印迹聚合物、荧光材料的特性，对目标物呈现高选择性、高效荧光响应等特性。
18.（2）本发明制备的材料可直接用于复杂基质中柠檬黄的检测分析，实现食品中柠檬黄的高选择性高灵敏分析检测；且操作简便，检测周期短，大大缩短了检测时间；该技术发明检测灵敏度较高，其最小检出限为0.03 mg/l。
附图说明
19.图1为cds@ram-mip材料的透射电镜。
20.图2为cds@ram-mip材料的红外光谱图。
21.图3为cds@ram-mip材料对柠檬黄的荧光选择性。
22.图4为cds@ram-mip对柠檬黄溶液的荧光响应标准曲线图。
23.表5为cds@ram-mip材料的蛋白排阻测试。
具体实施方式
24.为了使本发明上述特征和优点更加清楚和容易理解，下面将结合附图对本发明的实施方案作进一步详细描述。
25.下列实施实例中所涉及试剂如无特殊说明均为市售，使用前未经任何处理。
26.实施例1基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法，步骤为：（1）准确吸取10 mln-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷置于100 ml三颈烧瓶中，充n2除氧10 min，将反应容器移至加热套中，在氮气氛围环绕下伴随着强烈搅拌将反应温度升至240 ℃，溶液升至240 ℃后立即加入0.5 g无水柠檬酸，反应保持1 min，反应时间结束后冷却至室温，最后用石油醚反复洗涤，过滤分散在无水乙醇中，在4 ℃条件下储存备用；（2）准确量取49.5 ml无水乙醇和5 mlcds混合置于反应容器中，随后加入6.3 ml水和2 ml氨水混合液，并将反应容器放在恒温磁力搅拌器上，滴加2.23 ml 硅酸乙酯反应12 h。反应结束后乙醇离心、干燥得到cds@sio2。
27.准确称取500 mg cds@sio2倒入内含50 ml甲苯的三颈烧瓶中，在磁力搅拌下缓慢滴加2 mlkh-570后将反应温度升至110 ℃，保持2 h。最后乙醇离心、干燥得到c=c修饰的
cds@sio2；（3）将1 mmol模板分子柠檬黄（tz）、2 mmol功能单体4-乙烯基吡啶（4-vp）超声分散在（25 ml、30 ml、35 ml、40 ml）甲醇：dmf（5:5，v:v）混合溶液中，在25 ℃下预聚合3 h；预聚合结束后加入100 mg碳碳双键修饰后的cds@sio2、16 mmol交联剂kh-570、2 mmol共聚单体甲基丙烯酸甘油酯（gma）、42 mg引发剂aibn，热反应聚合。甲醇去除未反应的原料，离心分离收集产物，60 ℃真空干燥得到初产物，经过预处理后用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，去除初产物中的模板分子tz，真空干燥后得到荧光分子印迹材料（cds@mip）。在不加模板分子柠檬黄的情况下，重复上述步骤得到荧光非分子印迹材料（cds@nip）。
28.最后，准确称取500 mgcds@mip和cds@nip分散到50 ml0.1 mol/l硫酸水溶液，在60 ℃下水解8 h。反应结束后，将产物通过甲醇抽滤、洗涤，60 ℃真空干燥收集，得到最终产物cds@ram-mip和cds@ram-nip。
29.实施例2基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法，步骤为：（1）准确吸取10 mln-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷置于100 ml三颈烧瓶中，充n2除氧10 min，将反应容器移至加热套中，在氮气氛围环绕下伴随着强烈搅拌将反应温度升至240 ℃，溶液升至240 ℃后立即加入0.5 g无水柠檬酸，反应保持1 min，反应时间结束后冷却至室温，最后用石油醚反复洗涤，过滤分散在无水乙醇中，在4 ℃条件下储存备用；（2）准确量取49.5 ml无水乙醇和5 mlcds混合置于反应容器中，随后加入6.3 ml水和2 ml氨水混合液，并将反应容器放在恒温磁力搅拌器上，滴加2.23 ml硅酸乙酯反应12 h。反应结束后乙醇离心、干燥得到cds@sio2。
30.准确称取500 mgcds@sio2倒入内含50 ml甲苯的三颈烧瓶中，在磁力搅拌下缓慢滴加2 mlkh-570后将反应温度升至110 ℃，保持2 h。最后乙醇离心、干燥得到c=c修饰的cds@sio2；（3）将1 mmol模板分子柠檬黄（tz）、2 mmol功能单体4-乙烯基吡啶（4-vp）超声分散在40 ml甲醇：dmf（3:7、4:6、5:5、6:4、7:3，v:v）混合溶液中，在25 ℃下预聚合3 h。预聚合结束后加入100 mg碳碳双键修饰后的cds@sio2、12 mmol交联剂kh-570、2 mmol共聚单体甲基丙烯酸甘油酯（gma）、32 mg引发剂aibn，热反应聚合。甲醇去除未反应的原料，离心分离收集产物，60 ℃真空干燥得到初产物，经过预处理后用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，去除初产物中的模板分子tz，真空干燥后得到荧光分子印迹材料（cds@mip）。在不加模板分子柠檬黄的情况下，重复上述步骤得到荧光非分子印迹材料（cds@nip）。
31.最后，准确称取500 mgcds@mip和cds@nip分散到50 ml0.1 mol/l硫酸水溶液，在60 ℃下水解8 h。反应结束后，将产物通过甲醇抽滤、洗涤，60 ℃真空干燥收集，得到最终产物cds@ram-mip和cds@ram-nip。
32.实施例3基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法，步骤为：（1）准确吸取10 mln-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷置于100 ml三颈烧瓶中，充n2除氧10 min，将反应容器移至加热套中，在氮气氛围环绕下伴随着强烈搅拌将反应温度升至240 ℃，溶液升至240 ℃后立即加入0.5 g无水柠檬酸，反应保持1 min，反应时间
结束后冷却至室温，最后用石油醚反复洗涤，过滤分散在无水乙醇中，在4 ℃条件下储存备用；（2）准确量取49.5 ml无水乙醇和5 mlcds混合置于反应容器中，随后加入6.3 ml水和2 ml氨水混合液，并将反应容器放在恒温磁力搅拌器上，滴加2.23 ml硅酸乙酯反应12 h。反应结束后乙醇离心、干燥得到cds@sio2。
33.准确称取500 mgcds@sio2倒入内含50 ml甲苯的三颈烧瓶中，在磁力搅拌下缓慢滴加2 mlkh-570后将反应温度升至110 ℃，保持2 h。最后离心、干燥得到c=c修饰的cds@sio2；（3）将1 mmol模板分子柠檬黄（tz）、2 mmol功能单体4-乙烯基吡啶（4-vp）超声分散在40 ml甲醇：dmf（5:5，v:v）混合溶液中，在25 ℃下预聚合3 h。预聚合结束后加入100 mg碳碳双键修饰后的cds@sio2、12 mmol交联剂kh-570、（1 mmol、2 mmol、3 mmol）共聚单体gma、32 mg引发剂aibn。热反应聚合。甲醇去除未反应的原料，离心分离收集产物，60 ℃真空干燥得到初产物，经过预处理后用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，去除初产物中的模板分子tz，真空干燥后得到荧光分子印迹材料（cds@mip）。在不加模板分子柠檬黄的情况下，重复上述步骤得到荧光非分子印迹材料（cds@nip）。
34.最后，准确称取500 mgcds@mip和cds@nip分散到50 ml0.1 mol/l硫酸水溶液，在60 ℃下水解8 h。反应结束后，将产物通过甲醇抽滤、洗涤，60 ℃真空干燥收集，得到最终产物cds@ram-mip和cds@ram-nip。
35.实施例4基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的制备方法，步骤为：（1）准确吸取10 mln-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷置于100 ml三颈烧瓶中，充n2除氧10 min，将反应容器移至加热套中，在氮气氛围环绕下伴随着强烈搅拌将反应温度升至240 ℃，溶液升至240 ℃后立即加入0.5 g无水柠檬酸，反应保持1 min，反应时间结束后冷却至室温，最后用石油醚反复洗涤，过滤分散在无水乙醇中，在4 ℃条件下储存备用；（2）准确量取49.5 ml无水乙醇和5 mlcds混合置于反应容器中，随后加入6.3 ml水和2 ml氨水混合液，并将反应容器放在恒温磁力搅拌器上，滴加2.23 ml硅酸乙酯反应12 h。反应结束后离心、干燥得到cds@sio2。
36.准确称取500 mgcds@sio2倒入内含50 ml甲苯的三颈烧瓶中，在磁力搅拌下缓慢滴加2 ml kh-570后将反应温度升至110 ℃，保持2 h。最后乙醇离心、干燥得到c=c修饰的cds@sio2；（3）将1 mmol 模板分子柠檬黄（tz）、2 mmol功能单体4-乙烯基吡啶（4-vp）超声分散在40 ml甲醇：dmf（5:5，v:v）混合溶液中，在25 ℃下预聚合3 h。预聚合结束后加入100 mg碳碳双键修饰后的cds@sio2、（10 mmol、12 mmol、16 mmol、20 mmol）交联剂kh-570、2 mmol共聚单体gma、27-51 mg引发剂aibn。热反应聚合。甲醇去除未反应的原料，离心分离收集产物，60 ℃真空干燥得到初产物，经过预处理后用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，去除初产物中的模板分子tz，真空干燥后得到荧光分子印迹材料（cds@mip）。在不加模板分子柠檬黄的情况下，重复上述步骤得到荧光非分子印迹材料（cds@nip）。
37.最后，准确称取500 mgcds@mip和cds@nip分散到50 ml0.1 mol/l硫酸水溶液，在
60 ℃下水解8 h。反应结束后，将产物通过甲醇抽滤、洗涤，60 ℃真空干燥收集，得到最终产物cds@ram-mip和cds@ram-nip。
38.将溶剂用量、溶剂比例、共聚单体、交联剂用量进行了优化分析，采用柠檬黄溶液对cds@ram-mip和cds@ram-nip的荧光猝灭强度的比值（印迹因子）作为衡量指标，具体的用量关系及印记因子见表1-表4。
39.表1表2表3表4效果实施例（一）基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料的特性研究为了对制备材料的特性有进一步的了解，对制备的基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料进行了特性研究。
40.图1是cds@ram-mip材料的透射电镜图。如图所示，cds@ram-mip有一层明显的分子印迹层，分子印迹层平均厚度为18.35 nm，证明印迹材料制备成功。
41.图2是cds@ram-mip材料的红外光谱图。图中2953.92 cm-1
、1734.65 cm-1
处分别
为-ch3和c=o基团的特征吸收峰，说明共聚单体gma成功接枝到材料表面，3433 cm-1
代表了-oh基团的特征吸收峰，说明gma表面的环氧环被水解使材料表面拥有丰富的-oh亲水基团。
42.图3是cds@ram-mip材料对相同浓度的柠檬黄及其结构类似物亮蓝、喹啉黄、胭脂红和苋菜红的荧光选择性实验，如图所示，该材料对模板分子柠檬黄荧光响应显著高于其结构类似物，说明对柠檬黄具有良好的荧光选择性。
43.图4是cds@ram-mip材料对不同浓度的柠檬黄的荧光响应标准曲线。由图可以看出，随着柠檬黄浓度的增加，材料的荧光强度也随之猝灭，且在0.05 mg l-1
~15 mg l-1
，范围内呈现良好的线性关系；该方法的最低检出限为0.03 mg l-1
（s/n=3）。
44.表5是cds@ram-mip和cds@mip对蛋白质排阻性能研究，与不加限进单体制备的材料cds@mip相比（85%），cds@ram-mip对bsa的蛋白质排阻率显著提升至97%。
[0045] 表5（二）基于碳点-限进介质分子印迹荧光复合材料在柠檬黄分析检测中的应用将制备的聚合物cds@ram-mip按2 mg：2 ml料液比加入样品提取液中，室温振荡45 min，待荧光分光光度计分析检测使用。将该方法应用实际样品中柠檬黄的测定，并与高效液相色谱检测结果比较，结果如表6所示。
[0046]
表6