一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法

摘要

本发明提供了一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法，步骤如下：步骤1、纳米晶纤维素的制备；步骤2、磺胺树脂印迹前驱体聚合物的合成；步骤3、手性向列磺胺分子印迹复合膜的制备；步骤4、可视化磺胺分子印迹检测膜的制备。本发明用来源广泛的液晶纤维素做检测基体，室温蒸发自组装成规则向列膜结构；分子印迹技术的选择性识别特性；由复杂微观信号向宏观可视化信号转变应用于检测污染目标分子的问题。

权利要求

1.一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1、纳米晶纤维素悬浊液的制备：

用硫酸溶液将市售棉花在恒温条件下酸催化水解，其间应持续搅拌；将水解悬浊液用去离子水稀释冷却，搅匀静置过夜；最后，去除上清液，离心分离下层悬浊液，将得到的粘稠混合物转入到透析袋中透析，得到纳米晶纤维素悬浊液；

步骤2、磺胺树脂印迹前驱体聚合物的合成：

向熔融状态的苯酚中加入NaOH溶液，搅拌，再加入甲醛和磺胺，得到混合液A，加热反应，得到预聚液；用盐酸将预聚液调至中性，真空干燥得到前驱体混合物，用乙醇溶解，过滤；最后，挥发溶剂得到磺胺印迹前驱体聚合物，用乙醇/水混合溶液溶解配置成磺胺树脂印迹前驱体混合液，待用；

步骤3、磺胺分子印迹复合膜的制备：

将步骤1的纳米晶纤维素悬浊液超声脱气，再与步骤2的磺胺树脂印迹前驱体混合液混合，室温条件下搅拌得到混合液B，持续搅拌反应，将混合液B晾干成膜；最后将膜热聚合，得到磺胺分子印迹复合膜；

步骤4、可视化磺胺分子印迹检测膜的制备：

将步骤3中热聚合后得到的磺胺分子印迹复合膜进行洗脱操作；洗脱后将膜用去离子水清洗浸泡，晾干后得到可视化磺胺分子印迹检测膜；步骤2中，制备混合液A时，所使用的苯酚、NaOH溶液、甲醛和磺胺的用量比为0.13g:130μL:1.05g:100mg。

2.根据权利要求1所述的一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，每克市售棉花所使用的硫酸溶液为8.5mL，硫酸溶液的浓度为50wt％；所述的恒温条件为45℃，所述催化水解的时间为2h；所使用的透析袋的截留分子量为11000-14000；所得到的纳米晶纤维素悬浊液的pH为2.4，浓度为3.8wt％。

3.根据权利要求1所述的一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述加热反应的温度为72-75℃，反应时间为1h；所述的盐酸为0.6M；所述乙醇/水混合溶液中，乙醇和水的体积比为15:85；所述磺胺树脂印迹前驱体混合液的浓度为40wt％。

4.根据权利要求1所述的一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述纳米晶纤维素悬浊液与磺胺树脂印迹前驱体混合液的体积比为10mL：300-500μL；所述超声脱气的时间为20min；持续搅拌反应的时间为4h；热聚合的时间为24h。

5.根据权利要求1所述的一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述洗脱操作的步骤如下：先用16％的NaOH的混合溶液洗脱纳米晶纤维素，洗脱时间为7-12h，洗脱温度为70℃；再用甲醇/乙酸混合溶液超声洗脱时间九次，每次30min并换洗脱液，所述甲醇/乙酸混合溶液中，甲醇和乙酸的体积比为3:1。

6.权利要求1～5任意一项所述的方法制备的可视化磺胺分子印迹检测膜用于检测磺胺的用途。

说明书

一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及手性向列结构的分子印迹检测膜，特指一种结合液晶纤维素和分子印迹技术的方法，制备出对磺胺分子的印迹检测膜，属材料制备技术和检测技术领域。

背景技术

[0002] 磺胺类抗菌药是一种仅次于抗生素的第二类抗菌药物。它通过抑制菌体中叶酸的合成来控制细菌的繁殖，因此广泛应用于人类医药和兽类饲料添加剂。此外这类药物大多来源于人工合成，因此成本低廉，经济价值高。长期以来，磺胺类药物在人类生产生活和社会进步中扮演着重要的角色，如消炎止痛，抗肿瘤，抗癌等。然而，大量且长期使用沉积河道混入水体，污染水质，和人体滥用造成耐药性增强危害人体健康的问题日益严重。因此，合理和有效的监控此类污染物的扩张是非常重要的事情。虽然人类已经开发出许多有效和精确的磺胺检测方法，如高效液相，质谱联用微萃取，光谱分析等，但这些检测分析手段都需借助大型仪器设备，检测过程繁琐且成本较高。因此开发一种新颖高效且成本低廉的检测方法将是一件大事。这里我们用液晶纤维素作为检测基体，借用分子印迹手段，制备出一种手性向列结构的磺胺分子印迹膜，通过材料表面折射光变化来达到分析检测磺胺目标物的目的。

[0003] 液晶纤维素是一种天然高分子，材料来源广泛，制备简单，同时它们往往可以通过自组装形成规则有序的向列结构，展现丰富的光学特性，凭借此特性我们选其作为光检测基体。分子印迹技术是一种基于抗原抗体选择性响应发展起来的技术，它利用模板分子与单体之间的共价键作用，从而实现材料自身对模板分子的亲和可识别性作用。以此，我们将分子印迹聚合物引入液晶纤维素，结合两者特点制备出一种手性向列的分子印迹聚合物膜。分子印迹的选择性识别引起材料自身手性向列结构变化，即材料表面折光变化，从而达到目标物检测目的。这里我们选用的材料来源广泛，无毒无害易降解，成本低廉。同时光学变化效果明显，且易于人体信号捕捉。因此这是一种新颖高效的分析检测方法。

发明内容

[0004] 本发明以液晶自组装结合分子印迹技术为制备手段，制备出一种手性向列的分子印迹检测膜。

[0005] 本发明采用的技术方案是：

[0006] 一种可视化磺胺分子印迹检测膜的制备方法，按照下述步骤进行：

[0007] 步骤1、纳米晶纤维素(NCC)的制备：

[0008] 用50wt％的硫酸溶液将5g市售棉花(每克棉花对应8.5mL的硫酸溶液)在温度为45℃的恒温条件下酸催化水解2h，其间应持续搅拌；将水解悬浊液用自身8-10倍体积的去离子水稀释冷却抑制水解过程，搅匀静置过夜沉淀分层；最后，去除上清液，离心分离下层悬浊液，将得到的粘稠混合物转入到透析袋(11000-14000)中透析，得到纳米晶纤维素悬浊液；

[0009] 步骤2、磺胺树脂印迹前驱体聚合物的合成：

[0010] 向熔融状态的苯酚中加入NaOH溶液，搅拌，再加入甲醛和磺胺，得到混合液A，加热反应，得到预聚液；用盐酸将预聚液调至中性，真空干燥得到粘稠状前驱体混合物，用乙醇溶解混合物时析出NaCl固体，滤纸过滤很容易去除固体盐；最后，挥发溶剂得到磺胺印迹前驱体聚合物，用乙醇/水混合溶液(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的磺胺树脂印迹前驱体混合液，待用；

[0011] 步骤3、手性向列磺胺分子印迹复合膜的制备：

[0012] 将步骤1的纳米晶纤维素悬浊液超声脱气，再与步骤2的磺胺树脂印迹前驱体混合液混合，室温条件下搅拌得到混合液B，持续搅拌反应，将混合液B倒入盘子中晾干成膜；最后将膜转入到75℃烘箱中热聚合；

[0013] 步骤4、可视化磺胺分子印迹检测膜的制备：

[0014] 将步骤3中热聚合后的复合膜置于两种洗脱溶液中进行洗脱操作，使得纤维素和磺胺分子移除；洗脱后将膜用去离子水清洗浸泡，晾干后得到可视化磺胺分子印迹检测膜。

[0015] 步骤1中，每克市售棉花所使用的硫酸溶液为8.5mL，硫酸溶液的浓度为50wt％；所述的恒温条件为45℃，所述催化水解的时间为2h；所使用的透析袋的截留分子量为11000-14000；所得到的纳米晶纤维素悬浊液的pH通过透析作用调节到2.4，调控浊液体积使浓度为3.8wt％。

[0016] 步骤2中，制备混合液A时，所使用的苯酚、NaOH溶液、甲醛和磺胺的用量比为0.13g:130μL:1.05g:100mg；所述加热反应的温度为72-75℃，反应时间为1h；所述的盐酸为
0.6M；所述乙醇/水混合溶液中，乙醇和水的体积比为15:85；所述磺胺树脂印迹前驱体混合液的浓度为40wt％。

[0017] 步骤3中，所述纳米晶纤维素悬浊液与磺胺树脂印迹前驱体混合液的体积比为10mL：300-500μL；所述超声脱气的时间为20min；持续搅拌反应的时间为4h；热聚合的时间为24h。

[0018] 步骤4中，所述洗脱操作的步骤如下：先用16％的NaOH的混合溶液洗脱纳米晶纤维素，洗脱时间为7-12h，洗脱温度为70℃；再用甲醇/乙酸混合溶液超声洗脱时间九次，每次30min并换洗脱液，所述甲醇/乙酸混合溶液中，甲醇和乙酸的体积比为3:1。

[0019] 所述可视化磺胺分子印迹检测膜用于检测磺胺，步骤如下：

[0020] 配制一系列饱和浓度的抗菌药物溶液磺胺甲恶唑，磺胺甲噻唑，磺胺嘧啶钠，四环素，青霉素，诺氟沙星。将检测膜材料(1×1cm)放置于干净的表面玻璃皿中编号1，2，3，4，5，6。每个表面皿中加入1mL的分析物溶液静态吸附30min。

[0021] 利用本发明采用液晶自组装结合分子印迹技术中合成制备出可视化磺胺分子印迹复合膜，去模板后显示出独特的光学检测特性，且对磺胺分子具有选择性光学识别。

[0022] 利用分子印迹技术结合液晶纤维素导向蒸发自组装技术，实现手性向列膜结构构建，去模板后，磺胺印迹位点分布在手性向列膜结构上，选择性识别吸附引起材料结构变化，进一步转化为光信号变化即材料表面折射光变化，从而达到分析检测磺胺目标物目的。分子印迹技术因其特异性选择的特点被广泛应用，本制备方法选用具有丰富的羟基和醚键的酚醛树脂做功能单体交联聚合，从而实现对磺胺分子的印迹效果。液晶纤维素天然的有序向列结构为其光学检测提供承载，其易于混合导向，制备成本低廉，光特性效果较好。可视化磺胺分子印迹检测膜使得印迹膜特异性识别的信号，转化为材料结构变化，进而转化为颜色信号以达到肉眼可见变化。本方法优于常规检测方法操作复杂，成本昂贵，特殊检测材料单一高成本，不易规模化生成特征。

[0023] 本发明的技术优点：

[0024] 其优点在于，液晶光学响应性和分子印迹选择性相结合，本发明制备的材料不仅兼具二者的优点，而且之间相互耦合协同；材料以膜结构的形式构建，便于操作，后期易回收；基于颜色变化实现对磺胺分子的可视化光响应检测，方便快捷，无需电池大型仪器设备操作成本；选择性的针对三种磺胺类，都具有识别效应。

[0025] 用来源广泛的液晶纤维素做检测基体，室温蒸发自组装成规则向列膜结构；分子印迹技术的选择性识别特性；由复杂微观信号向宏观可视化信号转变应用于检测污染目标分子的问题。

附图说明

[0026] 图1：为实施例1的纯的NCC成膜后的实图，膜表面显示多彩色泽；

[0027] 图2：为实施例1的磺胺分子印迹复合膜的实图，膜材料显示淡黄色折光；

[0028] 图3：为实施例1的磺胺分子印迹复合膜的扫描图；

[0029] 图4：为实施例1的可视化磺胺分子印迹检测膜的实图，膜材料显示红色的折光；

[0030] 图5：为实施例1的可视化磺胺分子印迹检测膜的扫描图；

[0031] 图6：为实施例2中磺胺分子印迹复合膜洗脱前后的红外对比图，a为磺胺分子印迹复合膜，表示洗脱前，b为可视化磺胺分子印迹检测膜，表示洗脱后；

[0032] 图7：为实施例2中可视化磺胺分子印迹检测膜的柔韧性和机械性能测试图；

[0033] 图8：为实施例2吸附平衡光响应实验图，从图中可以看出可视化磺胺分子印迹检测膜对不同磺胺分子浓度的光响应特性；

[0034] 图9：为实施例2选择性识别实验图。

具体实施方式

[0035] 下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

[0036] 实施例1：

[0037] (1)制备纳米晶纤维素(NCC)，通过离心和透析过程调节NCC的PH为2.4，浓度为3.8wt％。

[0038] (2)合成磺胺树脂印迹前驱体聚合物，用乙醇和水的混合溶剂(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的混合液待用。

[0039] (3)将步骤(1)中的NCC悬浊液超声脱气20min后，吸取10mL的NCC于25mL圆底烧瓶中,逐滴加入300μL步骤(2)中的树脂印迹前驱体聚合物溶液，在室温下搅拌反应4h。置于22℃恒温水浴中晾干成膜，即磺胺分子印迹复合膜。

[0040] (4)将膜材料放置于16％的氢氧化钠的洗脱溶液中，70℃恒温水浴中洗脱7-12h。取出后先用大量的水冲洗浸泡，接着用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超声洗脱9次。最终得到手性向列磺胺分子的印迹检测膜，即可视化磺胺分子印迹检测膜。

[0041] (5)纯的NCC成膜后的照片如图1所示，从图中可以看出由于纳米晶纤维素的自组装形成规整手性向列结构导致膜表面显示多彩色泽。

[0042] (6)磺胺分子印迹复合膜如图2，NCC加入树脂前驱体后，构建的膜材料反射淡黄色光泽,印迹前驱体的引入使其折光性变化，即淡黄色折光，同时也进一步说明手性向列结构的构建成功应用于印迹聚合物。

[0043] (7)磺胺分子印迹复合膜的截面扫描电子显微镜如图3，有序多层状规则的微结构是存在的，从图可以看出多层结构的建立是手性向列结构存在的有利证明。

[0044] (8)可视化磺胺分子印迹检测膜如图4所示，移除模板的处理后，膜材料反射红色的光泽。

[0045] (9)可视化磺胺分子印迹检测膜的柔韧性实图如图5所示，膜结构的有序多层结构依然存在，说明模板处理并为改变结构特征，同时进一步验证有序的结构决定了材料表面反射光泽。

[0046] 实施例2：

[0047] (1)制备纳米晶纤维素(NCC)，通过离心和透析过程调节NCC的PH为2.4，浓度为3.8wt％。

[0048] (2)合成磺胺树脂印迹前驱体聚合物，用乙醇和水的混合溶剂(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的混合液待用。

[0049] (3)将步骤(1)中的NCC悬浊液超声脱气20min后，吸取10mL的NCC于25mL圆底烧瓶中,逐滴加入400μL步骤(2)中的树脂印迹前驱体聚合物溶液，在室温下搅拌反应4h。置于22℃恒温水浴中晾干成膜，即磺胺分子印迹复合膜。

[0050] (4)将(3)膜放置于16％的氢氧化钠的洗脱溶液中，70℃恒温水浴中洗脱7-12h。取出后先用大量的水冲洗浸泡，接着用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超声洗脱9次。最终得到手性向列磺胺分子的印迹检测膜，即可视化磺胺分子印迹检测膜。

[0051] (5)磺胺分子印迹复合膜脱前后的红外图对比图如图6所示，箭头所指的分别为NCC和磺胺的特征峰位置，CR膜和DR膜相比，特征峰消失，说明NCC和磺胺模板分子已经被洗脱掉，模板从向列结构中移除了，从而证实了印迹结构膜制备成功了。

[0052] (6)可视化磺胺分子印迹检测膜柔韧性和机械性能测试如图7所示，从图中可以看出洗脱后的印迹检测膜展现良好的柔韧性，这也源自模板被去除干净；不同程度的弯曲且能恢复原状态，说明膜材料具有良好的柔韧性和透光特征。

[0053] 实施例3：

[0054] (1)制备纳米晶纤维素(NCC)，通过离心和透析过程调节NCC的PH为2.4，浓度为3.8wt％。

[0055] (2)合成磺胺树脂印迹前驱体聚合物，用乙醇和水的混合溶剂(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的混合液待用。

[0056] (3)将步骤(1)中的NCC悬浊液超声脱气20min后，吸取10mL于25mL圆底烧瓶中,逐滴加入500μL步骤(2)中的树脂印迹前驱体聚合物溶液，在室温下搅拌反应4h。置于22℃恒温水浴中晾干成膜，即磺胺分子印迹复合膜。

[0057] (4)将膜材料放置于16％的氢氧化钠的洗脱溶液中，70℃恒温水浴中洗脱7-12h。取出后先用大量的水冲洗浸泡，接着用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超声洗脱9次。最终得到手性向列磺胺分子的印迹检测膜，即可视化磺胺分子印迹检测膜。

[0058] (5)将制备的检测膜材料用于磺胺分子光响应性实验。

[0059] 取磺胺分子配置成一系列不同浓度的标准液(纯水，0.2，0.8，1,2,4,6,8,10mg/l)。将检测膜材料(1×1cm)放置于干净的表面玻璃皿中编号1，2，3，4，5，6，7，8，9。每个表面皿中加入1mL的不同溶度的分析物溶液静态吸附30min，然后在固体紫外近红外仪上测量其反射率特性曲线，观察其光转移特性曲线变化。图8中数据处理结果显示该分子检测膜对磺胺分子的最大光响应波长转移为27.5nm。

[0060] (6)将制备的检测膜材料用于抗菌药中选择性实验

[0061] 配制一系列饱和浓度的抗菌药物溶液磺胺甲恶唑(SMZ)，磺胺甲噻唑(SMTZ)，磺胺嘧啶钠(SD-Na)，四环素，红霉素，诺氟沙星。将检测膜材料(1×1cm)放置于干净的表面玻璃皿中编号1，2，3，4，5，6。每个表面皿中加入1mL的分析物溶液静态吸附30min。结果显示此印迹检测膜对磺胺分子具有明显的选择性光响应。图9为选择性实验结果，从图中的光转移波长变化图和附图实物，可以看出此检测膜对磺胺类具有明显的光检测特性，在附图中显示，三种磺胺类引起的折光变化为由红色变为黄色，这种光响应是肉眼可见的。相反另外三种抗菌药不能引起此现象。

[0062] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。