氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子、制备方法及在检测人体呼出气体中CO

摘要

本发明属于超分子学科荧光检测技术领域，利用氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子作为检测二氧化碳的响应型荧光探针，详细论述了其制备方法以及在定量检测人体呼出气体中的二氧化碳含量方面的应用。本发明所述的响应二氧化碳的凝胶粒子荧光探针是以氰基苯乙烯类化合物为基础的间苯二甲酰胺衍生物。本发明设计的凝胶粒子即时响应型荧光探针制备方法简单，检测方法灵敏度高，操作容易，不依赖于大型仪器，可以实现对于人体呼出气体中的二氧化碳含量的定量检测，能够大大降低能源消耗以及测试成本。

说明书

技术领域

本发明属于超分子学科荧光检测技术领域，具体涉及一种氰基苯乙烯类聚集诱导 发光凝胶粒子、制备方法及其在定量检测人体呼出气体中CO₂含量方面的应用。

背景技术

我们人类每天进行的各种生理活动，如饮食、运动、工作、睡眠等，都需要呼吸系统 为我们提供支持。我们吸入氧气，通过生理代谢产生二氧化碳，再呼出体外，这就构成了我 们呼吸系统气体循环的一个最基本的过程。生理环境中的二氧化碳气体，产生于人体组织 的生理代谢过程中，通过血液运送到肺部，再呼出体外。呼出气体中二氧化碳含量的这个指 标，能够反映出我们人体肺部的生理状况，进而反映出人体新陈代谢的水平，直接关系到个 人的健康好坏。

分析人体呼出气体中的二氧化碳含量，作为一种对人体生理健康状况进行分析的 无创伤的检测手段，在医疗诊断过程中，它能直接反映出呼吸系统的健康状况，能够及时发 现并用于判断相关呼吸道疾病的发生。而传统的测试方法，如利用核磁技术得到二氧化碳 图或是用红外、电化学的方法分析二氧化碳的含量，都面临着测试仪器昂贵，能耗高的问 题。加之测试时间长，这就造成了测试成本高昂，医疗费用昂贵的问题，不利于对患者的及 时对症诊疗与健康水平的分析。

因此，目前亟需要全新的检测机理或技术手段来补充这一短缺。近些年来，一些新 型的针对二氧化碳进行检测的荧光光谱探针技术由于其具有很好的灵敏性与选择性，能够 对二氧化碳进行快速响应，而且技术产品简单易得，价格低廉等特点受到大家广泛的关注 与认可。这些探针主要是利用二氧化碳与荧光探针之间的化学反应带来的荧光光谱的改变 或是利用二氧化碳与水产生碳酸导致体系中某一pH敏感物的荧光光谱的改变来检测二氧 化碳的，优点包括：快速、灵敏等。但是在很多数情况下，对于通过化学反应来进行检测的荧 光探针，由于其很难在固态进行，而只能在溶液中发挥出很好的效果。而且它不能长时间存 放(容易跟空气中的二氧化碳反应，导致变质)，不方便运输管理，所以无法进行大规模推广 使用。而对于利用二氧化碳与水产生碳酸导致荧光探针中某一pH敏感物荧光光谱发生变 化的方法，水无法与二氧化碳反应完全，也就是说二氧化碳不能完全转变为碳酸，而大大的 降低了这些荧光探针的检测效率以及检测灵敏度。

本发明技术针对上述所阐明的情况，基于一种全新的机理，通过超分子相互作用， 设计并提出利用氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子作为即时定量检测人体呼出气体中 二氧化碳含量的荧光探针。首先，这一检测机理实现了对以往机理的突破与创新。再次，这 一技术产品的制备成本低廉、制备方法简单、制备周期很短、检测手段简单、不需要大型仪 器、能够大大降低能源消耗以及测试成本。第三，该技术产品对二氧化碳的响应时间短，可 以实现对人体呼出气体中二氧化碳含量的即时定量检测。第四，这一技术产品可以制备成 为凝胶进行密封贮存，方便与运输管理，解决了以往溶液态探针不能长时间存放、难以运输 管理、不便于推广的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对液体探针不能长时间存放、难以运输管理、不便于推广的 难题而开发出一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子。该粒子能够以凝胶的形式(固体 软材料)进行密封贮存。

本发明的另一目的在于提供一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子的制备方 法。

本发明的又一目的在于利用一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子作为即时 响应二氧化碳荧光探针用于定量检测人体呼出气体中二氧化碳，该检测过程具有响应时间 短、检测操作手段简单、测试成本低等特点，解决了在定量检测人体呼出气体中二氧化碳含 量的传统方法所存在的测试仪器昂贵、能耗高、测试时间长的技术问题。

实现本发明目的所采用的技术方案为：一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒 子，该氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子结构通式如下所示：

其中，R₁是OCH₃、OC₂H₅、OC₃H₇、OC₄H₉、OC₈H₁₇、OC₁₂H₂₅、OC₁₆H₃₃或t-Bu中的一种，R₂是H、 OCH₃、OC₂H₅、OC₃H₇或N(CH₃)₂中的一种，R₃是H或CF₃，其中，当R₁为t-Bu时，R₂、R₃不同时为H。

实现本发明另一目的所采用的技术方案为：一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶 粒子的制备方法，其制备步骤如下：

1)将间苯二甲酸类化合物加入到干燥的二氯甲烷中，继续加入N,N-二甲基甲酰和 草酰氯，室温剧烈搅拌，继续加热回流，减压旋干溶剂，然后迅速将其溶解在干燥的二氯甲 烷中，制得二氯甲烷溶液；

2)将氰基苯乙烯类化合物以及三乙胺溶解到干燥的二氯甲烷中，将其逐滴加入到 步骤1)制得的二氯甲烷溶液中，室温搅拌，在氮气保护下加热回流，减压旋干溶剂，用乙醇 和水反复洗涤产物，得到探针分子；

3)将步骤2)制得的探针分子加入到有机溶剂中，得到黄色悬浊液，将黄色悬浊液 加热到淡黄色澄清透明溶液，然后冷却静置，得到浅黄色凝胶，向该凝胶中加入二乙胺，快 速颠倒摇晃，静置，得到凝胶粒子。

其中，步骤1)中所述的间苯二甲酸类化合物与二氯甲烷的质量体积比为0.11g～ 0.2g：20mL，所述的间苯二甲酸类化合物与N,N-二甲基甲酰的质量体积比为0.11g～0.2g： 10μL，所述的间苯二甲酸类化合物与草酰氯的质量体积比为0.11g～0.2g：92.81μL，搅拌时 间为30分钟，加热回流时间为1小时；所述的间苯二甲酸类化合物，其结构通式为：

其中，R₁是OCH₃、OC₂H₅、OC₃H₇、OC₄H₉、OC₈H₁₇、OC₁₂H₂₅、OC₁₆H₃₃或t-Bu中的一种。

步骤2)中所述的丙烯腈类化合物与三乙胺的质量体积比为：0.32g～0.41g： 0.20mL，搅拌时间为30分钟，加热回流时间为5小时；所述的氰基苯乙烯类化合物，其结构通 式为：

其中，R₂是H、OCH₃、OC₂H₅、OC₃H₇或N(CH₃)₂中的一种，R₃是H或CF₃。

步骤3)中所述的探针分子与有机溶剂的质量体积比为(14mg～55mg)：(3200μL～ 4000μL)，所述的探针分子与二乙胺的质量体积比为(14mg～55mg)：(640μL～800μL)，所述 的有机溶剂选自溴苯、甲苯、乙腈中的一种。

优选的，本发明所述的一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子的制备方法，其 制备步骤如下：

1)将5-十六烷氧基间苯二甲酸0.20g加入到20mL干燥的二氯甲烷中，向其中加入 N,N-二甲基甲酰10μL以及草酰氯92.81μL，室温剧烈搅拌30分钟，继续加热回流1小时，减压 旋干溶剂，然后迅速将其溶解在15mL干燥的二氯甲烷中，制得二氯甲烷溶液；

2)将3-(4-氨基-苯基)-2-苯基-丙烯腈0.32g以及三乙胺0.20mL溶解到30mL干燥 的二氯甲烷中，将其逐滴加入到步骤1)制得的二氯甲烷溶液中，室温搅拌30分钟，在氮气保 护下加热回流5小时，减压旋干溶剂，用乙醇和水反复洗涤产物，得到探针分子；

3)将步骤2)制得的14mg探针分子加入到4000μL甲苯中，得到黄色悬浊液，在120℃ 的油浴下将黄色悬浊液加热到淡黄色澄清透明溶液，然后冷却静置，20分钟后得到浅黄色 凝胶，向该凝胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃，静置10分钟，得到凝胶粒子。

实现本发明又一目的的技术方案为：一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子在 检测人体呼出气体中二氧化碳含量的应用，用于即时定量检测，所述即时定量检测包括如 下步骤：

(1)标准工作曲线的绘制

取权利要求1所述的凝胶粒子作为荧光探针放入荧光光谱仪中，向体系中逐渐通 入纯的二氧化碳，以365nm作为激发波长，记录每加入定量的二氧化碳后凝胶粒子在发射峰 455nm处的荧光强度I，以二氧化碳的量V为横坐标，发射峰荧光强度I455nm为纵坐标绘制曲 线，并利用Origin软件进行线性拟合，得到其线性回归方程，即得到标准工作曲线，所述的 线性回归方程为：I＝369.38-235.69V，其中0≤V＜0.8mL。

(2)人体呼出气体中的二氧化碳含量的检测

抽取目标测试人员呼出的气体，一次性加入到步骤(1)所述的凝胶粒子中，以 365nm作为激发波长，记录凝胶粒子在发射峰455nm处的荧光强度，利用步骤(1)中的线性回 归方程计算出二氧化碳的量，即可计算出目标测试人员呼出的气体中二氧化碳含量。

优选的，所述的凝胶粒子具有如下结构：

特别的，还包括检测限DL的测定步骤，所述检测限DL由公式DL＝3σ/k计算得到，其 中σ代表空白样品的标准偏差，k表示线性回归方程中的斜率。

本发明的技术方案具有如下技术优点：

1、本发明基于一种全新的机理，通过超分子化学的相互作用，首次利用凝胶粒子 来检测人体呼出的二氧化碳浓度，对以往机理进行了很大的突破与创新。

2、本发明通过“加热冷却法”制备即时响应二氧化碳的凝胶粒子荧光探针，制备方 法简单，制备成本低廉，生产周期短。

3、本发明产品可以制备成为凝胶以后进行密封贮存，方便运输管理，解决了以往 溶液态探针不能长时间存放、难以运输管理、不便于推广的缺点。

4、本发明制备的凝胶粒子荧光探针对二氧化碳的响应时间短，可以实现对人体 呼出气体中二氧化碳含量的即时定量检测。

5、本发明的凝胶粒子作为即时响应二氧化碳的荧光探针对二氧化碳响应的灵敏 度可以达到900ppm，很好地满足对于人体呼出气体中二氧化碳浓度的检测。

6、该发明产品不依赖于大型仪器，检测操作手段简单，能够大大降低能源消耗以 及测试成本。

附图说明

图1为氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子(37)作为即时响应二氧化碳的荧光探 针的荧光光谱随着二氧化碳含量增加的变化图。

图2为凝胶粒子荧光探针(37)在455nm处的荧光强度对二氧化碳含量增加的变化 图。

图3为凝胶粒子荧光探针(37)在455nm处的荧光强度与二氧化碳含量的线性关系 曲线。

图4为凝胶粒子荧光探针(37)对于二氧化碳的响应时间。

图5为凝胶粒子荧光探针(37)在加入2mL目标测试人员呼出的气体后的荧光光谱。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步地描述。

本发明一种氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子，结构通式如下：

其中，R₁是OCH₃、OC₂H₅、OC₃H₇、OC₄H₉、OC₈H₁₇、OC₁₂H₂₅、OC₁₆H₃₃或t-Bu中的一种，R₂是H、 OCH₃、OC₂H₅、OC₃H₇或N(CH₃)₂中的一种，R₃是H或CF₃。

具体结构式如下：

本发明利用上述氰基苯乙烯类聚集诱导发光凝胶粒子作为即时响应二氧化碳的 荧光探针，其作用过程如下所示：

乙二胺能够在室温下十分高效快速地结合二氧化碳气体分子生成离子液，同时电 离出氨基甲酸根阴离子。该探针通过利用具有AIE(聚集诱导发光)性质的间苯二甲酰胺类 化合物与该阴离子的超分子相互作用，实现对间苯二甲酰胺类化合物聚集态的调控，即实 现凝胶粒子的存在与消失。由于AIE(聚集诱导发光)类物质的荧光与其聚集的状态是对应 的关系，即凝胶粒子的状态变化最终会导致探针荧光的改变。这种变化是基于上述超分子 相互作用产生的，区别于以往的检测机理，实现了对检测机理的突破与创新。尽管超分子 相互作用是一种弱相互作用，但是凝胶粒子本身的荧光性质对于它却十分敏感，因此本技 术产品具有很好的效果。

本发明实验所用溶剂均购买于北京化学试剂厂(分析纯)。药品均购买于安耐吉化 学公司。加热所用油浴为DF-101S即热式磁力搅拌器，购买于河北润联科技开发有限公司。 实验所用玻璃器皿购买于春博生物实验器材厂。

本发明将通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例1：凝胶粒子19的制备

将5-丁氧基间苯二甲酸(0.12g，0.49mmol)加入到20mL干燥的二氯甲烷中，向其中 加入N,N-二甲基甲酰胺(10μL，0.13mmol)以及草酰氯(92.81μL，1.08mmol)，室温剧烈搅拌 30分钟，继续加热回流1小时，减压旋干溶剂，然后迅速将其溶解在15mL干燥的二氯甲烷中。

将3-(4-氨基-苯基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)以及三乙胺(0.20mL， 1.46mmol)溶解到30mL干燥的二氯甲烷中，将其逐滴加入上面得到的二氯甲烷溶液中，室温 搅拌30分钟。在氮气保护下加热回流5小时，减压旋干溶剂，用乙醇和水反复洗涤产物，得到 探针分子19(产率：85.7％)。元素分析：C,78.42；H,5.31；N,8.65。质谱分析：642.2。上述分 析结果表明，获得的产物为预计的产品。

将20mg探针分子19加入到3200μL溴苯中，得到黄色悬浊液。在120摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入640μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子19。

实施例2：凝胶粒子20的制备

探针分子20的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料3-(4-氨基-苯基)- 2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-甲氧基-苯基)-丙烯腈 (0.37g，1.46mmol)(产率：80.2％)。元素分析：C,75.15；H,5.36；N,8.00。质谱分析：702.1。

将22mg探针分子20加入到4000μL溴苯中，得到黄色悬浊液。在120摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向 凝胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子20。

实施例3：凝胶粒子21的制备

探针分子21的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料3-(4-氨基-苯基)- 2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-乙氧基-苯基)-丙烯腈 (0.39g，1.46mmol)(产率：78.6％)。元素分析：C,75.51；H,5.73；N,7.72。质谱分析：730.1。

将22mg探针分子21加入到3200μL溴苯中，得到黄色悬浊液。在120摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入640μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子21。

实施例4：凝胶粒子22的制备

探针分子22的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料3-(4-氨基-苯基)- 2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-丙氧基-苯基)-丙烯腈 (0.41g，1.46mmol)(产率：79.8％)。元素分析：C,75.88；H,6.08；N,7.44。质谱分析：758.2。

将24mg探针分子22加入到3800μL溴苯中，得到黄色悬浊液。在120摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入760μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子22。

实施例5：凝胶粒子24的制备

探针分子24的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料3-(4-氨基-苯基)- 2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(3,5-二-三氟甲基-苯 基)-丙烯腈(0.52g，1.46mmol)(产率：65.8％)。元素分析：C,60.35；H,3.39；N,7.17。质谱分 析：914.7。

将32mg探针分子24加入到3200μL溴苯中，得到黄色悬浊液。在120摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入640μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子24。

实施例6：凝胶粒子25的制备

探针分子25的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-辛氧基间苯二甲酸(0.14g，0.49mmol)(产率：82.7％)。元 素分析：C,78.99；H,6.01；N,8.08。质谱分析：698.2。

将24mg探针分子25加入到3600μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在120摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入760μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子25。

实施例7：凝胶粒子26的制备

探针分子26的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-辛氧基间苯二甲酸(0.14g，0.49mmol)。将3-(4-氨基-苯 基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-甲氧基-苯基)-丙 烯腈(0.37g，1.46mmol)(产率：80.7％)。元素分析：C,75.92；H,6.07；N,7.44。质谱分析： 758.2。

将22mg探针分子26加入到3600μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在120摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入720μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子26。

实施例8：凝胶粒子27的制备

探针分子27的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-辛氧基间苯二甲酸(0.14g，0.49mmol)。将3-(4-氨基-苯 基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-乙氧基-苯基)-丙 烯腈(0.39g，1.46mmol)(产率：77.9％)。元素分析：C,76.24；H,6.32；N,7.17。质谱分析： 786.4。

将28mg探针分子27加入到4000μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在110摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子27。

实施例9：凝胶粒子28的制备

探针分子28的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-辛氧基间苯二甲酸(0.14g，0.49mmol)。将3-(4-氨基-苯 基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-丙氧基-苯基)-丙 烯腈(0.41g，1.46mmol)(产率：76.3％)。元素分析：C,76.58；H,6.61；N,6.92。质谱分析： 814.7。

将24mg探针分子28加入到3500μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在110摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入700μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子28。

实施例10：凝胶粒子31的制备

探针分子31的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十二烷氧基间苯二甲酸(0.17g，0.49mmol)(产率： 72.4％)。元素分析：C,79.52；H,6.63；N,7.46。质谱分析：754.6。

将26mg探针分子31加入到3900μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在100摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入780μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子31。

实施例11：凝胶粒子32的制备

探针分子32的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十二烷氧基间苯二甲酸(0.17g，0.49mmol)。将3-(4-氨基- 苯基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-甲氧基-苯基)- 丙烯腈(0.37g，1.46mmol)(产率：70.2％)。元素分析：C,76.58；H,6.63；N,6.94。质谱分析： 814.5。

将25mg探针分子32加入到3800μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在100摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入760μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子32。

实施例12：凝胶粒子33的制备

探针分子33的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二 甲酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十二烷氧基间苯二甲酸(0.17g，0.49mmol)。将3-(4-氨 基-苯基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-乙氧基-苯 基)-丙烯腈(0.39g，1.46mmol)(产率：68.8％)。元素分析：C,76.88；H,6.89；N,6.71。质谱分 析：842.4。

将30mg探针分子33加入到4000μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在100摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子33。

实施例13：凝胶粒子34的制备

探针分子34的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十二烷氧基间苯二甲酸(0.17g，0.49mmol)。将3-(4-氨基- 苯基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-丙氧基-苯基)- 丙烯腈(0.41g，1.46mmol)(产率：64.2％)。元素分析：C,77.14；H,7.11；N,6.48。质谱分析： 870.7。

将30mg探针分子34加入到3500μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在100摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入700μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子34。

实施例14：凝胶粒子37的制备

探针分子37的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十六烷氧基间苯二甲酸(0.20g，0.49mmol)(产率： 85.7％)。元素分析：C,80.09；H,7.18；N,6.85。质谱分析：810.4。

将14mg探针分子37加入到4000μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在90摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子37。

实施例15：凝胶粒子38的制备

探针分子38的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十六烷氧基间苯二甲酸(0.20g，0.49mmol)。将3-(4-氨 基-苯基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-甲氧基-苯 基)-丙烯腈(0.37g，1.46mmol)(产率：81.2％)。元素分析：C,77.14；H,7.12；N,6.52。质谱分 析：870.9。

将14mg探针分子38加入到4000μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在90摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子38。

实施例16：凝胶粒子39的制备

探针分子39的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十六烷氧基间苯二甲酸(0.20g，0.49mmol)。将3-(4-氨基- 苯基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-乙氧基-苯基)- 丙烯腈(0.39g，1.46mmol)(产率：80.8％)。元素分析：C,77.42；H,7.34；N,6.29。质谱分析： 898.8。

将14mg探针分子39加入到3800μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在90摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入760μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子39。

实施例17：凝胶粒子40的制备

探针分子40的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-十六烷氧基间苯二甲酸(0.20g，0.49mmol)。将3-(4-氨基- 苯基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-丙氧基-苯基)- 丙烯腈(0.41g，1.46mmol)(产率：81.2％)。元素分析：C,77.67；H,7.55；N,6.10。质谱分析： 927.0。

将16mg探针分子40加入到4000μL甲苯中，得到黄色悬浊液。在90摄氏度的油浴中 将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。向凝 胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子40。

实施例18：凝胶粒子43的制备

探针分子43的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二 甲酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-叔丁基间苯二甲酸(0.11g，0.49mmol)。将3-(4-氨基-苯 基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-甲氧基-苯基)-丙 烯腈(0.37g，1.46mmol)(产率：85.9％)。元素分析：C,76.91；H,5.53；N,8.22。质谱分析： 686.5。

将52mg探针分子43加入到4000μL乙腈中，得到淡黄绿色悬浊液。在70摄氏度的油 浴中将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。 向凝胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子43。

实施例19：凝胶粒子44的制备

探针分子44的合成方法与探针分子19的合成方法相同，将原料5-丁氧基间苯二甲 酸(0.12g，0.49mmol)替换成为5-叔丁基间苯二甲酸(0.11g，0.49mmol)。将3-(4-氨基-苯 基)-2-苯基-丙烯腈(0.32g，1.46mmol)替换成为3-(4-氨基-苯基)-2-(4-乙氧基-苯基)-丙 烯腈(0.39g，1.46mmol)(产率：84.2％)。元素分析：C,77.22；H,5.87；N,7.90。质谱分析： 714.4。

将55mg探针分子44加入到4000μL乙腈中，得到淡黄绿色悬浊液。在70摄氏度的油 浴中将悬浊液加热到淡黄色澄清透明的溶液。然后冷却静置，约20分钟后得到浅黄色凝胶。 向凝胶中加入800μL二乙胺，快速颠倒摇晃几次后，静置10分钟，得到凝胶粒子44。

实施例20：选择凝胶粒子37用于人体呼出气体中二氧化碳含量的检测

(1)标准工作曲线的绘制：荧光发射光谱的检测使用的是日本岛津公司生产的 ShimadzuRF-5301PC荧光光谱仪。

取3.5mL实施例13中所制得的凝胶粒子37于石英池中，并将它放入荧光光谱仪中。 设置激发波长为365nm，记录下该凝胶粒子37的荧光光谱。再逐渐向其中加入二氧化碳，加 入的量分别为0mL，0.1mL，0.2mL，0.3mL，0.4mL，0.5mL，0.6mL，0.7mL，0.8mL，0.9mL，1.0mL， 1.1mL，1.2mL，1.3mL，1.4mL，1.5mL，1.6mL，1.7mL，1.8mL，1.9mL，2.0mL，2.1mL，2.2mL， 2.3mL，2.4mL，2.5mL，2.6mL，2.7mL，2.8mL，2.9mL，3.0mL，3.1mL，3.2mL，3.3mL，3.4mL， 3.5mL，3.6mL，3.7mL，3.8mL，3.9mL，4.0mL，4.1mL，4.2mL。记录每一次加入二氧化碳后凝胶 粒子37的荧光光谱，如图1所示。该凝胶粒子37的发射峰出现在455nm处，随着二氧化碳的 加入，该处的峰强度逐渐减弱，约加入到4.2mL二氧化碳后，凝胶粒子37的荧光光谱不再变 化。

记录每加入一定量的二氧化碳后凝胶粒子37在455nm处的荧光强度，以二氧化碳 的量为横坐标，荧光强度I_455nm为纵坐标，绘制标准工作曲线，如图2所示。进一步利用Origin 软件进行线性拟合，得到线性回归方程，如图3所示，当二氧化碳的量在0～0.8mL时，其线性 回归方程为：I＝369.38–235.69V，R＝0.9986，其中I是指凝胶粒子37在455nm处的荧光强 度，V是指二氧化碳的量(mL)。

(2)检测限的测定：凝胶粒子37的检测限DL(detectionlimit)主要是指在给定范 围内(0～0.8mL)可以从样品中检测到的二氧化碳的最小量，具体是通过以下公式计算得 到：DL＝3σ/k，其中σ代表空白样品的标准偏差，k表示的是线性回归方程的斜率(k＝ 235.69)，平行测量10次以上二氧化碳的量为0mL的凝胶粒子37荧光探针的荧光强度I_455nm， 计算得到其标准偏差为σ。代入k，σ进行计算，得到凝胶粒子37荧光探针对二氧化碳的检测 限为3.6*10^-5M(900ppm)。

(3)响应时间的测定：凝胶粒子对二氧化碳的响应时间是衡量探针工作效率的一 个重要标准。此处利用ShimadzuRF-5301PC荧光光谱仪TimeCourse模式对其进行测试。固 定激发波长为365nm，发射波长为455nm，迅速向凝胶粒子37中加入4mL二氧化碳，记录其在 455nm处发射峰荧光强度的变化，如图5所示。通过计算得出凝胶粒子37的半衰期(τ)为5秒。

(4)凝胶粒子37对人体呼出气体中二氧化碳含量的的定量检测：收集目标测试人 员呼出的气体样品，取其中2mL一次性加入到凝胶粒子37中。如图5所示，用365nm作为激发 波长，记录样品此时在455nm处的荧光强度I为343.96。利用步骤(1)中标准工作曲线的线性 回归方程I＝369.38–235.69V，计算出测试样品中二氧化碳的量V＝0.108mL，则此目标测 试人员呼出气体中单位体积的二氧化碳含量约为5.4％。