一种颜色可调的长时间发光水凝胶组合物及其制备方法

摘要

提供了一种颜色可调的长时间发光水凝胶组合物及其制备方法。所述组合物包含含氨基官能团的聚合物分子、第一荧光染料、过渡金属离子、具有中空立体环状结构的主体分子以及通式(I)的化合物。本发明还提供了制备该组合物的方法以及利用该组合物对被分析物进行定性或定量分析的方法。

权利要求

1.一种颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其包含：

(i)含氨基官能团的聚合物分子，所述含氨基官能团的聚合物分子选自壳聚糖，以及与增稠剂分子连接的同时包含羟基和氨基的化合物，当所述含氨基官能团的聚合物分子为与增稠剂分子连接的同时包含羟基和氨基的化合物时，所述增稠剂分子选自海藻酸钠、糊精、速溶羟丙基甲基纤维素钠、热溶羟丙基甲基纤维素钠、可溶性淀粉、聚乙烯醇、聚环氧乙烷中的一种或多种，所述同时包含羟基和氨基的化合物选自一种或多种具有以下通式结构的分子，R1，R2，R3独立地选自氢、直链、支链或环状的C1-C30烷基；

(ii)第一荧光染料，其选自荧光素、曙红Y、吖啶黄、中性红、耐尔蓝中的一种或多种；

(iii)过渡金属离子；

(iv)具有中空立体环状结构的主体分子，其选自：α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、甲基化环糊精、羟丙基化环糊精、葫芦脲、杯芳烃中的一种或多种；以及(v)通式(I)的化合物，

其中，A环表示苯环；

R1和R2独立地表示氢、端基被氨基取代或为未取代的直链或支链(C1-C30)烷基，且-NR1R2部分是氨基、N-(4-氨基丁基)N-(乙基)氨基或(N-4-氨基己基)(N-乙基)氨基。

2.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，式(I)的化合物具有以下所示的结构：

3.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述过渡金属离子选自Co2+、Ni2+、Fe3+、Fe2+、Cr3+、Cu2+，所述通式(I)的化合物与所述过渡金属离子的摩尔比为1:10至10000:1。

4.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述过渡金属离子为Co2+；

所述通式(I)的化合物与所述过渡金属离子的摩尔比为1:5至1000:1。

5.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述过渡金属离子为Co2+；

所述通式(I)的化合物与所述过渡金属离子的摩尔比为1:1至100:1。

6.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述具有中空立体环状结构的主体分子选自α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精；

以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总量为基准计，所述具有中空立体环状结构的主体分子的浓度为0.000113重量％～25.6重量％。

7.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述具有中空立体环状结构的主体分子是β-环糊精；

以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总量为基准计，所述具有中空立体环状结构的主体分子的浓度为0.00113重量％～12.7重量％。

8.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述具有中空立体环状结构的主体分子是β-环糊精；

以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总量为基准计，所述具有中空立体环状结构的主体分子的浓度为0.0113重量％～10.3重量％。

9.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述具有中空立体环状结构的主体分子是β-环糊精；

以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总量为基准计，所述具有中空立体环状结构的主体分子的浓度为0.113重量％～1.88重量％。

10.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述通式(I)的化合物与第一荧光染料的摩尔比为100:1至1：100。

11.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述通式(I)的化合物与第一荧光染料的摩尔比为10:1～1:10。

12.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述通式(I)的化合物与第一荧光染料的摩尔比为5:1～1:5。

13.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述通式(I)的化合物与第一荧光染料的摩尔比为3:1～1:3。

14.如权利要求1-13中任一项所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其还另外包含第二荧光染料，所述第二荧光染料选自曙红Y、荧光桃红B、赤藓红B、罗丹明B、亚甲基蓝、罗丹明800、罗丹明101、罗丹明110、罗丹明123、罗丹明6G中的一种或多种；其中当第一荧光染料为曙红Y或曙红Y与荧光素的组合时候，所述第二荧光染料不能为曙红Y，也不能包括曙红Y；

所述第一荧光染料与第二荧光染料的摩尔比为10:1至1：10。

15.如权利要求1-13中任一项所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其还另外包含第二荧光染料，所述第二荧光染料选自曙红Y、荧光桃红B、赤藓红B、罗丹明B、亚甲基蓝、罗丹明800、罗丹明101、罗丹明110、罗丹明123、罗丹明6G中的一种或多种；其中当第一荧光染料为曙红Y或曙红Y与荧光素的组合时候，所述第二荧光染料不能为曙红Y，也不能包括曙红Y；

所述第一荧光染料与第二荧光染料的摩尔比为5:1～1:5。

16.如权利要求1-13中任一项所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其还另外包含第二荧光染料，所述第二荧光染料选自曙红Y、荧光桃红B、赤藓红B、罗丹明B、亚甲基蓝、罗丹明800、罗丹明101、罗丹明110、罗丹明123、罗丹明6G中的一种或多种；其中当第一荧光染料为曙红Y或曙红Y与荧光素的组合时候，所述第二荧光染料不能为曙红Y，也不能包括曙红Y；

所述第一荧光染料与第二荧光染料的摩尔比为2:1～1:2。

17.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其任选还包含增稠剂，所述增稠剂选自海藻酸钠、糊精、速溶羟丙基甲基纤维素钠、热溶羟丙基甲基纤维素钠、可溶性淀粉、聚乙烯醇、聚环氧乙烷中的一种或多种；

以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总重量为基准计，所述增稠剂的含量为

0.01重量％～20重量％。

18.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其任选还包含增稠剂，所述增稠剂选自海藻酸钠、速溶羟丙基甲基纤维素钠、热溶羟丙基甲基纤维素钠、可溶性淀粉；

以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总重量为基准计，所述增稠剂的含量为

0.1重量％～15重量％。

19.如权利要求1所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其任选还包含增稠剂，所述增稠剂选自海藻酸钠、速溶羟丙基甲基纤维素钠、热溶羟丙基甲基纤维素钠、可溶性淀粉；

以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总重量为基准计，所述增稠剂的含量为1重量％～10重量％。

20.如权利要求1或17所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述同时包含羟基和氨基的化合物选自氨基葡萄糖、三羟甲基氨基甲烷、乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种；以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总量为基准计，所述含氨基官能团的聚合物分子的含量为0.0113重量％～25.6重量％。

21.如权利要求1或17所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述同时包含羟基和氨基的化合物选自氨基葡萄糖、三羟甲基氨基甲烷、乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种；以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总量为基准计，所述含氨基官能团的聚合物分子的含量为0.113重量％～12.7重量％。

22.如权利要求1或17所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物，其特征在于，所述同时包含羟基和氨基的化合物选自氨基葡萄糖、三羟甲基氨基甲烷、乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种；以所述颜色可调的化学发光水凝胶组合物的总量为基准计，所述含氨基官能团的聚合物分子的含量为1.13重量％～1.88重量％。

23.一种制备如权利要求1-22中任一项所述的颜色可调的化学发光水凝胶组合物的方法，该方法包括如下步骤：

1)将通式(I)的化合物溶于碱性溶液中，然后将所得溶液加入反应体系中；2)向反应体系中加入过渡金属离子；3)向反应体系中加入所述第一荧光染料，或在使用多种第一溶剂或使用所述第一溶剂和第二溶剂的情况下，逐步加入多种荧光染料；4)向反应体系中加入具有中空立体环状结构的主体分子；5)任选地向反应体系中加入增稠剂；6)向反应体系中加入酸溶的含氨基官能团的聚合物分子；其中步骤1)至6)按照任意顺序依次进行，或者将步骤1)至6)中的任意两个、三个、四个、五个或六个同时进行。

24.一种对被分析物进行定性或定量分析的方法，该方法包括以下步骤：

将被分析物与权利要求1-22中任一项所述的组合物混合，并任选地加入添加剂，获得分析物体系，所述添加剂选自pH调节剂、pH缓冲剂、氧化剂、还原剂、稳定剂、杀菌剂、防腐剂、螯合剂、络合剂中的一种或多种；所述pH缓冲剂选自碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钙、B-R缓冲液中的一种或多种的组合；

使用传感器对上述分析物体系发出的光线进行检测。

说明书

一种颜色可调的长时间发光水凝胶组合物及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一类颜色可调的化学发光体系，属于化学发光组合物领域。

背景技术

[0002] 化学发光法是分子发光光谱分析法中的一类，它主要是依据化学检测 体系中待测物浓度与体系的化学发光强度在一定条件下呈线性定量关系的 原理，利用仪器对体系化学发光强度的检测，而确定待测物含量的一种痕 量分析方法。化学发光法在痕量金属离子、各类无机化合物、有机化合物 分析及生物领域都有广泛的应用。根据具体被测对象、测试精度要求以及 使用环境的不同，人们会选择不同种类的发光剂。目前常规使用的发光剂 通常需要满足低毒环保、水溶性好、性质稳定等特点，但是这些已知的发 光剂在发光性能方面也往往存在诸多缺陷。例如下式所示的发光剂的最大 发射波长不超过430nm，限制了其在很多领域的应用。

[0003]

[0004] 为了解决上述问题，人们尝试以多种方式来改善发光剂的发光性能。

[0005] 例如，一种做法是将发光剂分子与荧光染料分子共价交联，从而合成 新型的有机发光小分子，但是此类方法合成复杂，成本非常高，并且普适 性不高，目前的报道仅有绿色和红色两种颜色的化学发光。

[0006] 第二种做法是将发光剂与纳米粒子相结合，基于纳米粒子局域表面等 离子共振(LSPR)效应来改善发光剂的光学性能。此种做法虽然收到了一定 的效果，但是其缺点在于，常用的纳米材料，例如量子点、金纳米粒子等 价格昂贵，且制备工艺相对来说较困难，这也严重制约了此种改进方式的 商业推广引用。

[0007] 本领域仍然迫切希望能够以简便而廉价的工艺制备发光剂体系，并且 希望制得的发光剂体系在保持现有发光剂低毒性、高水溶性、高稳定性的 优点的同时，进一步实现以下一种或多种性能的改进：在更多波长范围实 现多色发射，发光强度获得提高，且具有更长的发光持续时间。

发明内容

[0008] 针对现有的技术问题，本发明提出了一类颜色可调的化学发光体系， 其中将具有化学发光性能的有机化合物与特别选择的改性组分相结合，结 果我们出人意料地发现，通过此种特别设计的组合实现了蓝色、绿色、黄 色、橙色、红色的多色化学发光，能得到发光强度高、持续时间长的化学 发光体系。具体来说，本发明开发了一种新颖的化学发光组合物，其中通 过将过渡金属离子、荧光染料、任选的增稠剂、含氨基官能团的聚合物分 子、具有中空立体环状结构的主体分子与发光剂相结合，结果意外地发现 此种组合可以实现上述各项性能的显著改善。

[0009] 具体来说，本发明的第一个方面提供了一种颜色可调的化学发光水凝 胶组合物，其包含：(i)含氨基官能团的聚合物分子；(ii)第一荧光染料；(iii) 过渡金属离子；(iv)具有中空立体环状结构的主体分子；以及(v)通式(I)的化 合物，

[0010]

[0011] 其中，A环表示C6-C14芳环；R1和R2独立地表示氢、端基被氨基取代或 为未取代的直链或支链(C1-C30)烷基，前提是该-NR1R2部分具有至少一个 NH2端基。

[0012] 本发明的第二个方面提供了一种制备本发明的颜色可调的化学发光水凝 胶组合物的方法，该方法包括如下步骤：

[0013] 1)将通式(I)的化合物溶于碱性溶液中，然后将所得溶液加入反应体系 中；2)向反应体系中加入过渡金属离子；3)向反应体系中加入所述第一荧光 染料，或在使用多种第一溶剂或使用所述第一溶剂和第二溶剂的情况下， 逐步加入多种荧光染料；4)向反应体系中加入具有中空立体环状结构的主 体分子；5)任选地向反应体系中加入增稠剂；6)向反应体系中加入酸溶的含 氨基官能团的聚合物分子；其中步骤1)至6)按照任意顺序依次进行，或者将 步骤1)至6)中的任意两个、三个、四个、五个或六个同时进行。

[0014] 本发明的第三个方面提供了一种对被分析物进行定性或定量分析的方 法，该方法包括以下步骤：

[0015] 将被分析物与本发明的组合物混合，并任选地加入添加剂，获得分析 物体系，所述添加剂选自pH调节剂、pH缓冲剂、氧化剂、还原剂、稳定剂、 杀菌剂、防腐剂、螯合剂、络合剂中的一种或多种；所述pH缓冲剂选自碳 酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钙、B-R缓冲液中的一种或多种的组合；然后使 用传感器对上述分析物体系发出的光线进行检测。

附图说明

[0016] 图1a)、图2a)、图3a)、图4a)、图5a)、图6、图8a)、图9a)、图10a)、 图10b)、图11、图13、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图 22a)、图23a)、图24a)、图25a)、图26a)、图
27、图28分别显示根据本发明 示例性实施方式或比较例的化学发光体系的发光光谱图；

[0017] 图1b)、图2b)、图3b)、图4b)、图5b)、图7、图8b)、图9b)、图12、图 14、图22b)、图23b)、图24b)、图25b)、图26b)分别显示根据本发明示例性 实施方式或比较实施方式的化学发光体系的发光信号衰减图。

[0018] 图1a)显示鲁米诺-荧光素化学发光体系光谱图；

[0019] 图1b)显示鲁米诺-荧光素化学发光体系衰减图；

[0020] 图2a)显示鲁米诺-荧光素-赤藓红B化学发光体系光谱图；

[0021] 图2b)显示鲁米诺-荧光素-赤藓红B化学发光体系衰减图；

[0022] 图3a)显示鲁米诺-荧光素-荧光桃红B化学发光体系光谱图；

[0023] 图3b)显示鲁米诺-荧光素-荧光桃红B化学发光体系衰减；

[0024] 图4a)显示鲁米诺-荧光素-罗丹明B化学发光体系光谱图；

[0025] 图4b)显示鲁米诺-荧光素-罗丹明B化学发光体系衰减图；

[0026] 图5a)显示在不同过渡金属离子下的鲁米诺-荧光素化学发光体系光谱 图；

[0027] 图5b)显示在不同过渡金属离子下的鲁米诺-荧光素化学发光体系衰减 图；

[0028] 图6显示五种增稠剂的化学发光体系发光图；

[0029] 图7显示五种增稠剂的化学发光体系衰减图；

[0030] 图8a)显示N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺化学发光体系光谱图；

[0031] 图8b)显示N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺化学发光体系衰减图；

[0032] 图9a)显示异鲁米诺化学发光体系光谱图；

[0033] 图9b)显示异鲁米诺化学发光体系衰减图；

[0034] 图10a)显示在不同环糊精条件下鲁米诺-荧光素化学发光体系光谱图；

[0035] 图10b)显示在不同环糊精条件下鲁米诺化学发光体系光谱图；

[0036] 图11显示在不同浓度H2O2下的鲁米诺-荧光素化学发光体系光谱图；

[0037] 图12显示在不同浓度H2O2下的鲁米诺-荧光素化学发光体系衰减图；

[0038] 图13显示不同钴离子浓度下的鲁米诺-荧光素化学发光体系光谱图；

[0039] 图14显示不同钴离子浓度下的鲁米诺-荧光素化学发光体系衰减图；

[0040] 图15显示在不同质量百分数海藻酸钠下的鲁米诺-荧光素化学发光体 系光谱图；

[0041] 图16显示在不同摩尔浓度的β-环糊精下的鲁米诺-荧光素化学发光体 系光谱图；

[0042] 图17显示不同摩尔比的鲁米诺-荧光素化学发光体系光谱图；

[0043] 图18显示不同摩尔比鲁米诺-荧光素-赤藓红B的化学发光体系光谱图；

[0044] 图19显示不同摩尔比鲁米诺-荧光素-荧光桃红B的化学发光体系光谱 图；

[0045] 图20显示不同当量比的鲁米诺-荧光素-罗丹明B的化学发光体系光谱 图；

[0046] 图21显示鲁米诺-曙红Y化学发光体系光谱图；

[0047] 图22a)显示在Ca(OH)2pH调节剂下的鲁米诺-荧光素体系光谱图；

[0048] 图22b)显示在Ca(OH)2pH调节剂下的鲁米诺-荧光素体系衰减图；

[0049] 图23a)显示在无过渡金属离子下的鲁米诺-荧光素体系光谱图；

[0050] 图23b)显示在无过渡金属离子下的鲁米诺-荧光素体系衰减图；

[0051] 图24a)显示在无环糊精下的鲁米诺-荧光素体系光谱图；

[0052] 图24b)显示在无环糊精下的鲁米诺-荧光素体系衰减图；

[0053] 图25a)显示在无增稠剂下的鲁米诺-荧光素体系光谱图；

[0054] 图25b)显示在无增稠剂下的鲁米诺-荧光素体系衰减图；

[0055] 图26a)显示在无壳聚糖下的鲁米诺-荧光素体系光谱图；

[0056] 图26b)显示在无壳聚糖下的鲁米诺-荧光素体系衰减图；

[0057] 图27显示鲁米诺-赤藓红B化学发光体系光谱图；

[0058] 图28显示含氨基和羟基官能团的小分子和增稠剂体系光谱图。

具体实施方式

[0059] 本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限， 和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选 定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是 包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对 特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预 料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和 5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

[0060] 在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组 合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列 出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

[0061] 在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选 实施方式可以相互组合形成新的技术方案。在本发明中，如果没有特别的说明， 本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

[0062] 在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的“包括”表示开放式，也 可以是封闭式。例如，所述“包括”可以表示还可以包含没有列出的其他组分， 也可以仅包括列出的组分。

[0063] 下面结合本发明的一些实施方式对本发明的颜色可调的化学发光水凝 胶体系进行详细描述。

[0064] 在本发明的颜色可调的化学发光水凝胶体系中使用的关键组分之一是 过渡金属离子。使用该过渡金属离子能够实现发光效率的改善，在本领域 中关于其机理的研究尚未能完全解释所有的结果。根据本发明的一个实施 方式，所述过渡金属离子选自下组：Co2+、Ni2+、Fe3+、Fe2+、Cr3+、Cu2+， 优选为Co2+。根据本发明的一个实施方式，所述过渡金属离子来源于其可 溶性盐，包括但不限于氯化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、亚硫酸盐等及 其组合。

[0065] 在本发明的颜色可调的化学发光水凝胶体系中使用的关键组分之二是 通式(I)的化合物：

[0066]

[0067] 其中，A环表示C6-C14芳环；R1和R2独立地表示氢、端基被氨基取代或 为未取代的直链或支链(C1-C30)烷基，前提是该-NR1R2部分具有至少一个 NH2端基。根据本发明的一个优选的实施方式，所述A环表示C6-C10芳环， 优选苯环、萘环或蒽环，所述R1和R2可独立地表示氢、端基被氨基取代或 为未取代的直链或支链(C1-C10)烷基，优选端基被氨基取代或为未取代的直 链或支链(C1-C6)烷基，前提是该-NR1R2部分具有至少一个NH2端基。根据本 发明的另一个优选的实施方式，在所述通式(I)的化合物中，A环是苯环或萘 环，且-NR1R2部分是氨基或N-(氨基C1-C6亚烷基)N-(C1-C6烷基)氨基。根据 本发明的另一个优选的实施方式，A环是苯环，且-NR1R2部分是氨基、N-(4- 氨基丁基)N-(乙基)氨基或(N-4-氨基己基)(N-乙基)氨基。根据本发明一个更 优选的实施方式，式(I)的化合物具有以下式(II)、(III)、(IV)所示的结 构：

[0068]

[0069] 在本发明的一些实施方式中，会将该组分称为“初级发光剂”、“原始发 光剂”、“未改性发光剂”等等。

[0070] 在本发明的颜色可调的化学发光水凝胶体系中使用的关键组分之三是 第一荧光染料。虽然迄今为止已经有关于第一荧光染料与发光剂组合使用 的研究报道，但是本发明的发明人发现，在本发明的多组分体系中，荧光 染料不仅仅作用于发光剂和发光底物，而且还与其他的组分之间发生复杂 的协同作用，对最终整个发光体系的性能影响远远超出了现有相关研究的 预期水平。

[0071] 根据本发明的一个实施方式，所述第一荧光染料选自下组中的一种或 多种：荧光素、曙红Y、吖啶黄、中性红、耐尔兰。

[0072] 在本发明的颜色可调的化学发光水凝胶体系中使用的关键组分之四是 含氨基官能团的聚合物分子。本发明所述的含氨基官能团的聚合物分子首 先进行酸溶，然后将酸溶状态的含氨基官能团的聚合物分子加入到碱性的 体系中，然后便可将其用于本发明的发光组合物中，含氨基官能团的聚合 物分子本身的状态会随着组合物的整体pH值发生相应的变化。在本发明中， 所述碱性溶液为碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐的水溶液，所使用 的碱性试剂包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸 钾、碳酸锂、氢氧化钙。

[0073] 根据本发明的一个实施方式，所述含氨基官能团的聚合物分子选自下 组中的一种或多种：壳聚糖及其衍生物，以及与增稠剂分子连接的同时包 含羟基和氨基的化合物。所谓“与增稠剂分子连接的同时包含羟基和氨基的 化合物”是指包括但不限于一种或多种具有以下通式结构的分子，

[0074]

[0075] R1，R2，R3独立地选自氢、直链、支链或环状的C1-C30烷基；

[0076] 优选地，所述同时包含羟基和氨基的化合物选自氨基葡萄糖、三羟甲基氨 基甲烷、乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种；

[0077] 这些小分子与下文所述的增稠剂分子连接而形成的偶联体系或缔合体系， 通过此种方式使得该偶联体系或缔合体系能够像壳聚糖或其衍生物一样表现 出理想的分散性效果。该偶联体系或缔合体系同样被看作一个含有氨基官能团 的聚合物分子。

[0078] 在本发明的颜色可调的化学发光水凝胶体系中使用的关键组分之五是 具有中空立体环状结构的主体分子，其通过利用疏水相互作用以及主体分 子与原始发光剂和荧光染料的尺寸匹配性，极大地提高了体系共振能量转 移的效率。此外，我们还发现具有中控立体环状结构的主体分子对于提高 该可变色的发光水凝胶材料的发光持续性具有意想不到的有益效果。在本 文的实施方式中，代表性的中空立体环状结构的主体分子选自下组，但不 限于此：α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、环糊精衍生物(甲基化环糊精、 羟丙基化环糊精)、葫芦脲、杯芳烃，以及它们当中一种或多种的组合。

[0079] 在本发明的颜色可调的化学发光水凝胶体系中，还可任选地包括增稠 剂，适量的增稠剂有利于提高该发光水凝胶材料的稳定性，以及该发光水 凝胶材料的发光持续性。所述增稠剂选自下组，但不限于此：海藻酸钠、 糊精、速溶羟丙基甲基纤维素钠(HPMC)、热溶羟丙基甲基纤维素钠、可 溶性淀粉、聚乙烯醇、聚环氧乙烷，以及它们的混合物。

[0080] 在本发明的颜色可调的化学发光水凝胶体系中，还可包含第二荧光染 料，该第二荧光染料可以实现该水凝胶颜色的进一步变化。在本文的实施 方式中，代表性的第二荧光染料选自下组，但不限于此：曙红Y、荧光桃红 B、赤藓红B、亚甲基蓝、罗丹明B、罗丹明800、罗丹明101、罗丹明110、 罗丹明123、罗丹明6G，以及它们当中一种或多种的组合。在此需要特别指 出的是，所述第一荧光染料和第二荧光染料不能同时包括曙红Y。也即是说， 当第一荧光染料为曙红Y或者曙红Y与其他荧光染料的组合的时候，所述第 二荧光染料不能包含曙红Y。

[0081] 本发明所开发的颜色可调的化学发光水凝胶组合物的一个优点在于其 能够以非常简单、便捷而廉价的方式制备。具体来说，本发明并不需要通 过复杂的化学合成工艺在各组分之间形成化学键合，而仅仅是简单地将各 组分混合，便可得到所需的颜色可调的化学发光水凝胶体系。本发明各种 组分可以按照任意次序依次加入，此种各组分依次加入的做法将会得到 ＝720种制备方式，如果再考虑将上述组分中的任意两种、三种、四种、五 种或六种一通加入的做法，则会有更多的制备本发明组合物的方法。但是 无论如何，通过上述简单的混合就可以制得具有上述优异性能的本发明组 合物。

[0082] 在以下的实施例中使用的测试方法为：

[0083] 化学发光光谱；

[0084] 测试方法：在本发明制得的组合物或比较例制得的组合物取2.5ml于 10ml的试剂瓶中，加入等体积的氧化剂溶液(双氧水溶液)，采用酶标仪 (SpectraMax M5)测量试样的化学发光光谱。

[0085] 相机拍摄发光图

[0086] 测试方法：本发明制得的组合物或比较例制得的组合物的试样取2.5ml 于10ml的试剂瓶中，加入等体积的氧化剂溶液(双氧水溶液)，在暗室中， 采用高清照相功能进行拍摄，记录体系的发光情况。

[0087] 实施例

[0088] 实施例1：使用荧光素(Fluorescein)的化学发光体系

[0089] 称取式II所示的原始发光剂溶于0.01mM氢氧化钠水溶液中，使得体系 中该原始发光剂的摩尔浓度为1mM，调节体系的pH≈9。向其中加入荧光素， 其中原始发光剂与荧光素的摩尔比为1:1。再加入催化量的氯化钴，使得体 系中原始发光剂与二价钴离子的摩尔比为10:1。室温下搅拌，接着往体系中 加入以体系总重量为基准计为2wt％的β-环糊精，室温下搅拌0.5～1h。再加 入以体系总重量为基准计为5wt％的海藻酸钠粉末，搅拌1～2h使海藻酸钠全 部溶解，形成均匀的体系，接着将0.5ml的壳聚糖(2wt％)-乙酸(1v％)溶 液逐滴加入其中，室温下高速搅拌3～8h，得到样品1。

[0090] 通过以下步骤对该样品1的发光性质进行检测：取30v％的双氧水滴入 0.5M的Na2CO3-NaHCO3缓冲液中稀释至0.1M，初始pH在10-11范围，将混 合溶液等体积加入样品1中，测试化学发光性质。该体系发出绿色光。结果 如图1a)、1b)所示。

[0091] 实施例2：使用荧光素(Fluorescein)和赤藓红B(Erythrosine B)的化 学发光体系

[0092] 称取式II所示的原始发光剂溶于0.01mM氢氧化钠水溶液中，使得体系 中该原始发光剂的摩尔浓度为1mM，调节体系的pH≈9。向其中加入荧光素， 其中原始发光剂与荧光素的摩尔比为1:1。再加入催化量的氯化钴，使得体 系中原始发光剂与二价钴离子的摩尔比为10:1。室温下搅拌，接着往体系中 加入以体系总重量为基准计为2wt％的β-环糊精，室温下搅拌0.5～1h。然后 向体系中加入赤藓红B，使得荧光素与赤藓红B的最终摩尔比为20:1。再加 入以体系总重量为基准计为5wt％的海藻酸钠粉末，搅拌1～2h使海藻酸钠全 部溶解，形成均匀的体系，接着将0.5ml的壳聚糖(2wt％)-乙酸(1v％)溶 液逐滴加入其中，室温下高速搅拌3～8h，得到样品2。

[0093] 通过以下步骤对该样品2的发光性质进行检测：取30v％的双氧水滴入 0.5M的Na2CO3-NaHCO3缓冲液中稀释至0.1M，初始pH在10-11范围，将混 合溶液等体积加入样品2中，测试化学发光性质。该体系发出黄色光。结果 如图2a)、2b)所示。

[0094] 实施例3：使用荧光素(Fluorescein)和荧光桃红B(Phloxine B)的化 学发光体系[0095] 称取式II所示的原始发光剂溶于0.01mM氢氧化钠水溶液中，使得体系 中该原始发光剂的摩尔浓度为1mM，调节体系的pH≈9。向其中加入荧光素， 其中原始发光剂与荧光素的摩尔比为1:1。再加入催化量的氯化钴，使得体 系中原始发光剂与二价钴离子的摩尔比为10:1。室温下搅拌，接着往体系中 加入以体系总重量为基准计为2wt％的β-环糊精，室温下搅拌0.5～1h。然后 向体系中加入荧光桃红B，使得荧光素与荧光桃红B的最终摩尔比为20:1。 再加入以体系总重量为基准计为5wt％的海藻酸钠粉末，搅拌1～2h使海藻酸 钠全部溶解，形成均匀的体系，接着将0.5ml的壳聚糖(2wt％)-乙酸(1v％) 溶液逐滴加入其中，室温下高速搅拌3～8h，得到样品3。

[0096] 通过以下步骤对该样品3的发光性质进行检测：取30v％的双氧水滴入 0.5M的Na2CO3-NaHCO3缓冲液中稀释至0.1M，初始pH在10-11范围，将混 合溶液等体积加入样品3中，测试化学发光性质。该体系发出橙色光。结果 如图3a)、3b)所示。

[0097] 实施例4：使用荧光素(Fluorescein)和罗丹明B(Rhodamine B)的化 学发光体系[0098] 称取式II所示的原始发光剂溶于0.01mM氢氧化钠水溶液中，使得体系 中该原始发光剂的摩尔浓度为1mM，调节体系的pH≈9。向其中加入荧光素， 其中原始发光剂与荧光素的摩尔比为1:1。再加入催化量的氯化钴，使得体 系中原始发光剂与二价钴离子的摩尔比为10:1。室温下搅拌，接着往体系中 加入以体系总重量为基准计为2wt％的β-环糊精，室温下搅拌0.5～1h。然后 向体系中加入罗丹明B，使得荧光素与罗丹明B的最终摩尔比为20:1。再加 入以体系总重量为基准计为5wt％的海藻酸钠粉末，搅拌1～2h使海藻酸钠全 部溶解，形成均匀的体系，接着将0.5ml的壳聚糖(2wt％)-乙酸(1v％)溶 液逐滴加入其中，室温下高速搅拌3～8h，得到样品4。

[0099] 通过以下步骤对该样品4的发光性质进行检测：取30v％的双氧水滴入 0.5M的Na2CO3-NaHCO3缓冲液中稀释至0.1M，初始pH在10-11范围，将混 合溶液等体积加入样品4中，测试化学发光性质。该体系发出红色光。结果 如图4a)、4b)所示。

[0100] 实施例5：使用各种类型的过渡金属离子的化学发光体系

[0101] 该实施例考察了过渡金属离子种类对化学发光体系的影响。具体来说， 本实施例中五次重复实施本发明实施例1的步骤，不同之处在于，将催化量 的二价钴盐用相同摩尔量的FeCl3，FeCl2，CuCl2，NiCl2，CrCl3代替，根据 测试方法a)测量不同过渡金属离子体系的发光光谱，结果如图5a)所示。图 5b)比较了这些样品各自的发光衰减曲线，结果表明使用Co2+的情况下发光 性能最好。

[0102] 实施例6：使用各种类型的增稠剂的化学发光体系

[0103] 该实施例考察了增稠剂种类对化学发光体系的影响。具体来说，本实 施例中六次重复实施本发明实施例1的步骤，不同之处在于，将海藻酸钠分 别用相同质量分数的其他增稠剂代替，所述增稠剂选自下组：糊精、速溶 HPMC、热溶HPMC、可溶性淀粉、聚乙烯醇、聚环氧乙烷。发光光谱结果 如图6，发光衰减光谱如图7所示。测试得到的最大发光强度以及发光的持 续时间结果汇总列于下表1。

[0104] 表1：包含不同种类的增稠剂的化学发光体系的发光强度和发光持续时 间[0105]

[0106] 本实例说明在不同的增稠剂下，该发明仍然能实现优异的发光性能。

[0107] 实施例7：使用各种类型的原始发光剂的化学发光体系

[0108] 该实施例考察了原始发光剂种类对化学发光体系的影响。具体来说， 本实施例中两次重复实施本发明实施例1的步骤，不同之处在于，式II所示

[0109] 的原始发光剂用相同摩尔量的式III和式IV所示的原始发光剂代替。

[0110] 使用式III的样品的发光光谱结果如图8a)所示，发光衰减光谱如图8b) 所示；使用式IV的样品的发光光谱结果如图9a)所示，发光衰减光谱如图9b) 所示。

[0111] 本实施例表明使用式I所示的各种衍生物都可以实现类似的优异发光 效果。

[0112] 实施例8：使用各种类型的中空立体环状结构的主体分子的化学发光体 系[0113] 该实施例考察了中空立体环状结构的主体分子的种类对化学发光体系 的影响。具体来说，本实施例中三次重复实施本发明实施例1的步骤，不同 之处在于，分别使用等摩尔量的γ-环糊精、α-环糊精代替β-环糊精，化学发 光光谱图如图10a)、图10b)所示。

[0114] 本实施例证明使用各种环糊精类物质可以实现类似的优异发光性能。

[0115] 实施例9：使用各种氧化剂浓度对化学发光体系的影响

[0116] 该实施例考察了氧化剂浓度对发光体系的影响。具体来说，四次重复 了实施例1的步骤，区别在于，0.1M的H2O2分别用0.001mM、0.1mM、1M、 10M的H2O2代替，分别测试光学性能，化学发光光谱图如图11所示，化学 发光衰减图如图12所示。

[0117] 本实施例确定化学发光底物与氧化剂的摩尔比为1000：1至1:10000的 范围内均可实现优异的发光性能，更优选为1:1至1:1000。

[0118] 实施例10：包含不同浓度的过渡金属离子的化学发光体系

[0119] 该实施例考察了过渡金属离子浓度对发光体系的影响。具体来说，四 次重复了实施例1的步骤，区别在于，其中式II的原始发光剂与二价钴离子 的摩尔比分别设定为1:10、1:1、100:1、10000:1，这四种样品各自的化学发 光光谱图如图13所示，化学发光衰减图如图14所示。测试得到的最大发光 强度以及发光的持续时间结果汇总列于下表2。

[0120] 表2：金属离子浓度对发光强度和发光持续时间的影响

[0121]

[0122] 可以看出，当化学发光化学发光底物与过渡金属离子的摩尔比为 10000:1时，其发光强度和发光持续性与其它三种浓度相比较差。

[0123] 本实施例确定化学发光底物与过渡金属离子的摩尔比为1：10至 10000:1的范围内均可实现优异的发光性能，优选为5:1至1000:1，更优选为 1:1至100:1。

[0124] 实施例11：包含不同浓度的增稠剂的化学发光体系

[0125] 该实施例考察了增稠剂浓度对发光体系的影响。具体来说，五次重复 了实施例1的步骤，区别在于，其中海藻酸钠的质量百分数分别设定为 0.01wt％、0.1wt％、1wt％、5wt％、10wt％。化学发光图如图15所示。测试 得到的最大发光强度以及发光的持续时间结果汇总列于下表3。

[0126] 表3：海藻酸钠浓度对发光强度和发光持续时间的影响

[0127]

[0128] 可以看出，当海藻酸钠的质量百分数为0.01wt％时，其发光效果与其它 四种浓度相比较差。

[0129] 本实施例确定质量分数范围0.01wt％～10wt％的海藻酸钠对体系都带来 正面的效果。

[0130] 实施例12：包含不同浓度的环糊精的化学发光体系

[0131] 该实施例考察了环糊精浓度对发光体系的影响。具体来说，四次重复 了实施例1的步骤，区别在于，其中β-环糊精的质量百分数分别设定为0.000113重量％、0.113重量％、1.13重量％、1.88重量％。化学发光图如图 16所示。测试得到的最大发光强度以及发光的持续时间结果汇总列于下表 4。

[0132] 表4：β-环糊精浓度对发光强度和发光持续时间的影响

[0133]

[0134] 可以看出，当β-环糊精的质量百分数为0.000113重量％时，其发光效果 与其它三种浓度相比较差。

[0135] 本实施例确定大于0.000113重量％的环糊精对体系都带来正面的效果。

[0136] 实施例13：包含不同摩尔比的原始发光剂与荧光素的化学发光体系

[0137] 该实施例考察了原始发光剂与荧光素的摩尔比变化对发光体系的影 响。具体来说，四次重复了实施例1的步骤，区别在于，其中式II的原始发 光剂和第一荧光染料荧光素的摩尔比分别设定在100:1、5:1、1:1、1:100。 化学发光图如图17所示。可以看出，当原始发光剂与第一荧光染料荧光素 的比例为100:1时，其发光效果与其它三种浓度相比较差。

[0138] 本实施例说明原始发光剂与荧光素的比例在100:1至1:100的范围内对 体系都带来正面的效果。

[0139] 实施例14:包含不同摩尔比的第一荧光染料荧光素与第二荧光染料赤 藓红B的化学发光体系

[0140] 该实施例考察了第一荧光染料荧光素与第二荧光染料赤藓红B之间的 比例变化对发光体系的影响。具体来说，三次重复了实施例2的步骤，区别 在于，其中荧光素与赤藓红B的摩尔比分别设定为10:1、2:1、1:10。化学发 光图如图18所示。可以看出，当第一荧光染料荧光素与第二荧光染料赤藓 红B的比例为100:1时，其发光效果与其它两种浓度相比较差。

[0141] 本实施例说明在固定原始发光剂与荧光素的最佳比例下，荧光素与赤 藓红B的比例在10:1至1:10的范围内对体系都带来正面的效果。

[0142] 实施例15：包含不同摩尔比的第一荧光染料荧光素与第二荧光染料荧 光桃红B的化学发光体系

[0143] 该实施例考察了第一荧光染料荧光素与第二荧光染料荧光桃红B之间 的摩尔比变化对发光体系的影响。具体来说，三次重复了实施例3的步骤， 区别在于，其中荧光素与荧光桃红B的摩尔比分别设定为10:1、2:1、1:10。 化学发光图如图19所示。

[0144] 本实施例说明在固定原始发光剂与荧光素的最佳比例下，荧光素与赤 藓红B的比例在10:1至1:10的范围内对体系都带来正面的效果。

[0145] 实施例16：包含不同摩尔比的第一荧光染料荧光素与第二荧光染料罗 丹明B的化学发光体系

[0146] 该实施例考察了第一荧光染料荧光素与第二荧光染料罗丹明B之间的 摩尔比变化对发光体系的影响。具体来说，五次重复了实施例4的步骤，区 别在于，其中荧光素与罗丹明B的摩尔比分别设定为10:1、5:2、2:5、1:10、 1:100。化学发光图如图20所示。可以看出，当第一荧光染料荧光素与第二 荧光染料罗丹明B的比例为1:100时，其发光效果与其它两种浓度相比较差。

[0147] 本实施例说明在固定原始发光剂与荧光素的最佳比例下，荧光素与罗 丹明B的比例在10:1至1:100的范围内对体系都带来正面的效果。

[0148] 实施例17：使用曙红Y的化学发光体系

[0149] 重复了实施例1的步骤，不同之处在于，将荧光素用相同摩尔量的曙红 Y代替，测试化学发光特性。结果如图21所示。

[0150] 本实施例说明使用曙红Y制得的化学发光体系也具有优异的发光性能。

[0151] 实施例18：使用氢氧化钙pH调节剂的鲁米诺荧光素化学发光体系

[0152] 称取式II所示的原始发光剂溶于0.01mM氢氧化钠水溶液中，使得体系 中该原始发光剂的摩尔浓度为1mM，调节体系的pH≈9。向其中加入荧光素， 其中原始发光剂与荧光素的摩尔比为1:1。再加入催化量的氯化钴，使得体 系中原始发光剂与二价钴离子的摩尔比为10:1。室温下搅拌，接着往体系中 加入以体系总重量为基准计为2wt％的β-环糊精，室温下搅拌0.5～1h。再加 入以体系总重量为基准计为5wt％的海藻酸钠粉末，搅拌1～2h使海藻酸钠全 部溶解，形成均匀的体系，接着将0.5ml的壳聚糖(2wt％)-乙酸(1v％)溶 液逐滴加入其中，室温下高速搅拌3～8h，得到样品18。

[0153] 通过以下步骤对该样品的发光性质进行检测：取30v％的双氧水滴入过 饱和的氢氧化钙水溶液中稀释至0.1M，初始pH在12左右，将混合溶液等体 积加入样品18中，测试化学发光性质。该体系发出绿色光。结果如图22a)、 22b)所示。

[0154] 实施例19：使用含氨基和羟基官能团的小分子代替壳聚糖的化学发光 体系。

[0155] 该实施例考察了用含氨基和羟基官能团的小分子代替壳聚糖对化学发 光体系的影响。具体来说，本实施例中重复本发明实施例1的步骤，不同之 处在于，分别使用等摩尔量的D-氨基葡萄糖或者三羟甲基氨基甲烷代替壳 聚糖，在此实施例中，增稠剂海藻酸钠与加入的D-氨基葡萄糖或者三羟甲 基氨基甲烷通过氢键和电荷相互作用发生连接，形成具有类似于壳聚糖功 能的含氨基聚合物。化学发光光谱图如图28所示。发光强度为壳聚糖>D- 氨基葡萄糖盐酸盐>三羟甲基氨基甲烷，D-氨基葡萄糖和三羟甲基氨基甲烷 的体系的发光强度分别可以达到壳聚糖体系的70％和45％。

[0156] 比较例

[0157] 比较例1：不包含过渡金属离子的化学发光体系

[0158] 本比较例的目的是考察过渡金属离子对颜色可调的化学发光水凝胶体 系的催化作用以及对发光时间持续性的影响。

[0159] 重复本发明实施例1的步骤来制备化学发光体系，不同之处在于，体系 中不再加入任何一种过渡金属离子，测试体系化学发光特性。结果如图23a)、 图23b)所示。可以看出，在不包含过渡金属离子的情况下，得到的水凝胶 材料在发光强度和发光持续性等性质方面与实施例1的材料相比差很多。

[0160] 比较例2：不包含具有中空立体环状结构的主体分子的化学发光体系

[0161] 本比较例的目的是考察具有中空立体环状结构的主体分子对颜色可调 的化学发光水凝胶体系的影响。考察具有中空立体环状结构的主体分子是 否在一定程度上通过利用疏水相互作用、以及与原始发光剂和荧光染料的 尺寸匹配性显著提高了体系共振能量转移的效率。

[0162] 重复本发明实施例1的步骤来制备化学发光体系，不同之处在于，体系 中不再加入任何一种环糊精，测试体系化学发光特性。结果如图24a)、图24b) 所示。可以看出，在不包含具有中空立体环状结构的主体分子的情况下， 得到的水凝胶材料在发光强度方面与实施例1的材料相比差很多。

[0163] 比较例3：不包含增稠剂的化学发光体系

[0164] 本比较例的目的是考察增稠剂对H2O2分解产氧以及氧气逸出体系快慢 的影响，以及增稠剂对体系的均匀度的影响。

[0165] 重复本发明实施例1的步骤来制备化学发光体系，不同之处在于，体系 中不再加入任何一种增稠剂，测试体系化学发光特性。结果如图25a)、图25b) 所示。可以看出，在不包含增稠剂的情况下，得到的水凝胶材料在发光持 续性方面与实施例1的材料相比差很多。

[0166] 比较例4：不包含含氨基官能团的聚合物分子的化学发光体系

[0167] 本比较例的目的在于，考察含氨基官能团的聚合物分子与过渡金属离 子的配位作用，考察含氨基官能团的聚合物分子是否在在一定程度上提高 了过渡金属离子的局域浓度，起到增强化学发光效果的作用，并且由于体 系均匀度，含氨基官能团的聚合物分子是否起到了缓释的作用。

[0168] 重复本发明实施例1的步骤来制备化学发光体系，不同之处在于，体系 中不再加入壳聚糖，测试体系化学发光特性。结果如图26a)、图26b)所示。 可以看出，在不包含含氨基官能团的聚合物分子的情况下，得到的水凝胶 材料在发光持续性方面与实施例1的材料相比差很多。

[0169] 比较例5：包含第二荧光染料但不包含第一荧光染料的化学发光体系

[0170] 该实施例考察了第一荧光染料对本发明的颜色可调效果的影响。具体 来说，重复本发明实施例2的步骤来制备化学发光体系，不同之处在于，体 系中不再加入赤藓红B，测试化学发光特性。结果如图27所示。可以看出， 在不存在赤藓红B的情况下，原始发光剂与第二荧光试剂无法实现共振能量 转移的效果。