荧光传感材料阵列的制备方法和应用

本发明属于有机荧光纳米材料组成的荧光传感阵列领域，具体涉及两类荧光传感材料组成的荧光传感阵列、传感阵列的制备方法以及在肉类监测中的应用。

背景技术：

1、与单一的传感材料相比，传感阵列的分辨率更高，抗干扰能力更强，更适合复杂体系的应用，传感阵列的研究具有重要的研究意义。同时，食品安全是社会高度关注的问题，不安全的食物会对人体健康产生不利影响，同时也会造成巨大的经济损失。决定肉在贮藏过程中新鲜度的主要因素是在食品变质或内源性组织代谢过程中由于外部微生物活动而发生的氨基酸的降解而产生的硫化物和生物胺的以及其他挥发性有机物浓度。简单、快速、低成本和准确的食品安全监测系统具有重要的意义。然而，目前现有的几乎所有的检测技术，包括“电子鼻”和光学传感器均需要积累含硫化合物和/或胺的绝对浓度，然后收集触发传感反应。这样的积累和收集过程需要很长的时间(至少几个小时)，而且绝对浓度很难达到精确的浓度，从而无法确定新鲜到腐败的转变，限制了基于蒸汽的检测技术在肉类新鲜度监测中的实际应用。因此，需要开发简单、快速、准确的肉类新鲜度评价新技术。与在新鲜时就存在的胺类相比，挥发性有机硫化物，比如甲硫醚，腐烂时才会产生，以甲硫醚为检测标记物检测食品变质具有很大的潜力。所以，开发高灵敏度的荧光传感器，尤其是不需要积累很长时间，而且抗干扰能力更强的荧光传感阵列，对肉类腐烂过程释放的有机硫化物进行检测，更适合用于肉类腐败释放出多种组分的气体的场景。

技术实现思路

1、为改善现有技术，本发明提供了一种荧光传感阵列，所述阵列包含由如式(i)所示的化合物自组装得到的材料a和式(ii)所示的化合物自组装得到的材料b：

2、

3、其中，r1、r2、r5、r6相同或者不相同，彼此独立的选自氢或c1-20烷基；r3、r4、r7、r8相同或者不相同，彼此独立地选自氢、c1-20烷基、3-20元杂环基、c1-20烷氧基、-n(c1-20烷基)2、-nhc1-20烷基、c6-20芳基、5-20元杂芳基；n、m、r、q、s、t、u、v相同或者不相同，彼此独立的选自0-20的整数，其中，m、q、s和u中至少一个不为0，n、t不为0；r、v为1-10的整数。

4、根据本发明的实施方案，所述自组装是在氢键、π-π堆积作用、供体-受体相互作用等多种非共价键相互作用下进行自组装，所述材料a和材料b作为彼此独立的两部分材料组成阵列。

5、根据本发明的实施方案，所述有机荧光传感阵列可对多种肉类质量进行荧光监测。

6、根据本发明的实施方案，n、m、q、r、s、t、u、v可以相同或者不同，彼此独立的选自1-10的整数。

7、根据本发明的实施方案，r1、r2、r5、r6相同或不同，彼此独立地选自c1-14烷基；r3、r4、r7、r8相同或不同，彼此独立地选自c1-14烷基、c1-14烷氧基、-n(c1-6烷基)2、-nhc1-6烷基、3-20元杂芳基；n、m、q、r相同或不同，彼此独立的选自1-6的整数。

8、根据本发明的实施方案，r1、r2相同或者不同，彼此独立地选自下列基团：

9、

10、根据本发明的实施方案，r3、r4、r7、r8相同或者不同，彼此独立地选自下列基团：

11、

12、其中，标注*的一端为基团相连接的位置。

13、根据本发明的实施方案，所述荧光传感阵列中的材料a和材料b分别由式(i)和(ii)所述化合物自组装得到的有机半导体纳米胶束。

14、根据本发明的实施方案，r1、r2、r5、r6均为己基，r3、r4、r7、r8均为异丁氧基，n＝3、m＝1、q＝1、r＝1、s＝1、t＝3、u＝1、v＝1。

15、本发明还提供所述荧光传感阵列的制备方法，包括如下步骤。

16、(1)合成所述式(ii)所示的化合物，使用快速溶液扩散法进行自组装，得到所述材料b；

17、

18、(2)合成所述式(i)所示的化合物，使用快速溶液扩散法进行自组装，得到所述材料a；

19、

20、(3)所述材料a和材料b共同形成所述荧光传感阵列。

21、根据本发明的实施方案，步骤(1)中，以为原料分别与双联频哪醇硼酸酯反应制备得到中间体其中，x1、x2、x3、x4、x5相同或不同彼此独立地选自氯、溴或碘；所述中间体与原料之间相互组合进一步进行偶联反应得到式(ii)所示化合物；

22、根据本发明的实施方案，步骤(2)中，当r3、r4与步骤(1)中r7、r8相同时，式(i)所示的化合物经硼氢化钠还原后与二氧化硒反应得到式(i)所示的化合物；当r3、r4与步骤(1)中r7、r8不相同时，则重复步骤(1)中合成式(ii)所示化合物的步骤，并将r7、r8替换为r3、r4。

23、根据本发明示例性的实施方案，当r3、r4与r7、r8相同，m＝q＝r＝1，n＝3时，所述荧光传感阵列的制备方法包括：

24、(i-1)化合物1(r3-ph-br)与双联频哪醇硼酸酯反应，得到中间体2；

25、

26、(i-2)将步骤(i-1)的中间体2与4,7-二溴苯并噻二唑反应得到中间体3；

27、

28、(i-3)将步骤(i-2)的中间体3与双联频哪醇硼酸酯反应得中间体4；

29、

30、(i-4)将步骤(i-3)的中间体4与2,7-二溴-r1,r2-烷基芴反应得中间体5；

31、

32、本领域技术人员应当理解，r3与r4不相同，或者r7与r8不相同时，所述方法包括将上述至少一个步骤中的底物中的r3替换为r4。当r1、r2与r5、r6不同时，所述方法包括将2,7-二溴-r1,r2-烷基芴替换为2,7-二溴-r5,r6-烷基芴。

33、(i-5)将化合物2,7-二溴-r1,r2-烷基芴与双联频哪醇硼酸酯反应得中间体6；

34、

35、(i-6)将上述中间体5与中间体6反应得到式(ⅱ)所示化合物；

36、

37、(i-7)将式(ⅱ)化合物用硼氢化钠还原，得到中间体8；

38、

39、(i-8)将中间体8与二氧化硒反应得到式(i)所示的化合物；

40、

41、本领域技术人员应当理解，m,n,q,s,t,u不相同，或者v与r不相同时，步骤(i-6)的偶联反应，应进行多步过程，即将上述硼酯化反应(即步骤(i-1)、步骤(i-3)或步骤(i-5)的反应)和偶联反应(即步骤(i-2)、步骤(i-4))交叉进行、通过多步操作得到产物化合物(ⅱ)。

42、根据本发明的实施方案，所述步骤(1)和步骤(2)所述自组装是通过将所述化合物与其良溶剂和不良溶剂的混合物接触实现。包括：将式(i)和(ii)所示的化合物分别溶解在良溶剂中，然后分别加入不良溶剂，快速溶液扩散的方法自组装，然后静置，分别得到材料a和材料b的悬浮液。

43、根据本发明的实施方案，所述步骤(2)进一步包括：将所述有机荧光传感材料的悬浮液静置，然后用移液枪取出位于容器底部的有机荧光传感材料。

44、根据本发明的实施方案，所述良溶剂与不良溶剂的体积比(ml:ml)为1:3～20。

45、根据本发明的实施方案，步骤(1)和步骤(2)中，所述的良溶剂选自氯代烷烃和c2-5酯类，例如为二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、乙酸乙酯或乙酸甲酯。

46、根据本发明的实施方案，步骤(1)和步骤(2)中，所述不良溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正己烷、乙腈、水中的一种或一种以上。

47、根据本发明的实施方案，所述步骤(3)包括：将材料a和材料b的悬浮液分别依次注入石英管，用吹风机吹干溶剂后，即得到所述的有机荧光传感阵列。

48、本发明所述的荧光传感阵列是由两种有机荧光分子组装得到的荧光纳米胶束传感材料组成，其中材料a由于硫键和硫-π相互作用对肉类腐败产生的挥发性有机硫化物具有更灵敏的荧光响应，材料b由于硫-π相互作用对肉类腐败过程中产生的挥发性有机硫化物具有较灵敏的荧光响应，这两种材料组成荧光传感阵列后，可以避免单一材料由于选择性产生的荧光误报现象，有利于更准确地进行肉质监测。

49、本发明还提供所述荧光传感阵列在监测肉类质量的应用，可用于对肉类质量的实时荧光检测。

50、根据本发明的实施方案，所述荧光传感阵列可用于对肉质的快速检测，所述快速指检测时间几乎在5s内完成，几乎不需要预处理，只需要将一定质量肉类密闭一分钟即可对气体进行检测。

51、一种监测肉类质量的方法，包括将所述的荧光传感阵列与肉类产生的挥发性有机物气体接触。

52、本发明中，所述荧光传感阵列在与少量肉类挥发出的有机硫化物蒸汽接触时，因为每一种有机荧光传感材料不同的物理化学性质，通过与挥发性有机硫化物不同的相互作用，发生不同程度的荧光改变，引起荧光信号的变化。通过分析可用于实际肉质的快速荧光监测。

53、将两种不同的有机荧光传感材料涂在石英管内，置于荧光传感的仪器中，当肉类产生的相同浓度的挥发性有机硫化物与两种不同的有机荧光传感材料接触时，所述不同荧光传感材料的信号产生不同的荧光响应强度，通过分析荧光变化信号实现快速多次荧光监测。

54、根据本发明的实施方案，所述肉类可以选自鸡肉、猪肉、虾肉、牛肉、鱼肉中的至少一种。

55、根据本发明的实施方案，所述肉类室温放置约一天，会产生约0.2ppm以上甲硫醚，根据荧光传感阵列的响应分析，即可监测到肉类轻微腐败。肉类室温放置两天以上，会产生约0.8ppm以上甲硫醚。根据荧光传感阵列的响应分析，即可判断肉类为较为严重的腐败状态。

56、本发明的荧光传感阵列的组成材料主要是两种不同的荧光传感材料。当有机荧光传感材料与肉类腐败释放出的挥发性有机硫化物，如甲硫醚，相互作用时，由于硫键和硫-π相互作用，有机荧光传感材料会产生不同的荧光变化，把材料a的荧光响应和材料b的荧光响应进行综合分析，根据本发明的实施方案，所述分析可以为当阵列中材料a、材料b均不猝灭，则所述肉类为新鲜；当阵列中材料a荧光淬灭和材料b所述化合物不猝灭，则所述肉类为轻微腐败；当阵列中材料a和材料b均荧光猝灭，则所述肉类为较严重的腐败。

57、一种试剂盒，其包含所述的荧光传感阵列。

58、有益效果

59、1.本发明首先提供的有机荧光传感阵列是由两种如式i、ⅱ所示化合物分别自组装组成，其作为荧光传感阵列具有更高的抗干扰性，更适合应用于肉质监测面临的多种复杂挥发性有机物的环境。上述材料组成的荧光传感阵列，在与肉类释放的挥发性有机物接触时，会快速地产生荧光响应。该阵列对肉类释放所述的挥发性有机硫化物的检测浓度为ppb～ppm级别，为较强的荧光猝灭响应，而这种阵列对肉类腐败释放的其他干扰气体如水或胺类，以及其他肉类腐败可能释放出的挥发性有机物(几百或几千ppm)为没有或者为回复较快的上升响应。而甲硫醚是肉类腐败的重要标志物之一，鉴于此，本发明所述检测方法对于肉质的监测具有较大的实用价值。

60、2.本发明中的荧光传感阵列灵敏度高、选择性好、响应速度快、气相检测不需要预处理、易制成小型便携设备，可以对几种肉类质量进行监测，且传感阵列的构成及操作更加简便，有很强的实用价值，对于保障食品安全具有重要意义，应用和开发前景广泛。

61、3.本发明提供了一种灵敏、简便、快速监测肉质的方法。通过荧光传感阵列对肉类腐败过程中释放的挥发性有机硫化物的不同灵敏度实现了肉类质量的监测。

62、术语定义与说明

63、除非另有说明，本技术说明书和权利要求书中记载的基团和术语定义，包括其作为实例的定义、示例性的定义、表格中记载的定义、实施例中具体化合物的定义等，可以彼此之间任意组合和结合。这样的组合和结合后的基团定义及化合物结构，应当属于本技术记载和保护的范围。

64、本技术说明书和权利要求书记载的数值范围，当该数值范围被定义为“整数”时，应当理解为记载了该范围的两个端点以及该范围内的每一个整数。例如，“0～10的整数”应当理解为记载了0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10的每一个整数。当该数值范围被定义为“数”时，应当理解为记载了该范围的两个端点、该范围内的每一个整数以及该范围内的每一个小数。比如，“0～10的数”应当理解为不仅记载了0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10的每一个整数及范围内的小数。

65、术语“c1-20烷基”应理解为表示具有1～20个碳原子的直链或支链饱和烷烃。例如，“c1-14烷基”包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14个碳原子的直链和支链烷基。所述烷基是例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、1,2-二甲基丙基、1,1-二甲基丙基、2-乙基丁基、3,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基等等及它们的异构体。

66、所述“烷氧基”是指氧原子直接与碳原子连接的基团。-n(c1-20烷基)2、-nhc1-20烷基是指氮原子直接与碳原子或氢原子连接的基团。

67、术语“3-20元杂环基”指包含3至20个原子的饱和、不饱和或部分饱和的单环、二环或三环，其中1、2、3、4或5个环原子选自氮、硫或氧等杂原子，除非另有说明，其可通过碳或氮连接，其中-ch2-基团任选被-c(o)-代替；其中环中的-nh任选被乙酰基、甲酰基、甲基或甲磺酰基取代；及环任选被一个或多个卤素取代。应该理解的是，当杂环基中s原子和o原子的总数超过1时，这些杂原子不彼此相邻。若所述杂环基为单环，则其一定不是芳族的。杂环基的实例包括但不限于哌啶基、n-乙酰基哌啶基、n-甲基哌啶基、n-甲酰基哌嗪基、n-甲磺酰基哌嗪基、高哌嗪基、哌嗪基、氮杂环丁烷基、氧杂环丁烷基、吗啉基、四氢异喹啉基、四氢喹啉基、二氢吲哚基、四氢吡喃基、二氢-2h-吡喃基、四氢呋喃基、四氢噻喃基、四氢噻喃-1-氧化物、四氢噻喃-1,1-二氧化物、1h-吡啶-2-酮和2,5-二氧代咪唑烷基。

68、c6-20芳基应理解为优选表示具有6-20个碳原子的芳香性或部分芳香性的单环、双环或三环烃环，优选为“c6-14芳基”。术语“c6-14芳基”应理解为优选表示具有6、7、8、9、10、11、12、13或14个碳原子的一价芳香性或部分芳香性的单环、双环或三环烃环(“c6-14芳基”)，特别是具有6个碳原子的环(“c6芳基”)，例如苯基。“亚芳基”是指与上述术语对应的苯环上某个位置被取代基取代的基团。

69、5-20元杂芳基化合物应理解为包括一价单环、双环或多环的芳族环系化合物。优选地，一价单环、双环芳族环系，其具有环原子。杂原子各独立选自n、o和s的杂原子并且可为苯并稠合的。特别地，杂芳基选自噻吩基、恶唑基、噻唑基、噻二唑基、咪唑基、三唑基等及它们的苯并衍生物，如苯并噻吩基、苯并恶唑基、苯并噻唑基、苯并噻二唑基、苯并咪唑基、苯并三唑基等等。5-20元杂芳基环上的不同原子均可通过连接原子与其它基团相连构成本发明的化合物。当所述3-20元杂芳基被其他基团单取代或多取代时，其取代位点没有限制。