一种用于铜离子荧光检测的超分子自组装体及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种用于铜离子荧光检测的超分子自组装体及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：1)将4’‑对‑苯甲酸‑2,2’:6’2”‑三联吡啶共价修饰的Anderson型多金属氧酸盐有机无机杂化材料(POM‑PPCT)溶于有机溶剂中，得到前体溶液；2)将可溶性铕盐加入到步骤1)中制备的前体溶液中，混合均匀后静置设定时间，得到超分子自组装体的分散体系。该制备方法简单，且所形成的母液稳定，具有很强的荧光，而Cu2+可以引起该金属超分子体系发生明显的荧光猝灭，可以通过可视化观察以及荧光光度计的检测对其进行Cu2+的检测。

说明书

技术领域

本发明属于纳米应用技术领域，具体涉及一种用于铜离子荧光检测的超分子自组装体 及其制备方法与应用。

背景技术

铜元素是人体一种必需的微量元素，是机体内蛋白质和酶的重要组成部分，人体内许 多重要的酶都需要微量铜的参与和活化。例如，铜可以催化血红蛋白的合成。人体缺乏铜 会引起贫血，毛发异常，骨和动脉异常，以至脑障碍等。研究表明，缺铜会导致血浆胆固 醇升高，增加动脉粥样硬化的危险，因而是引发冠状动脉心脏病的重要因素。严重缺铜和 长期边缘性缺铜，还会引发小儿发育不良和一些地方病。然而，过量的铜摄入也会带来不 良后果，这是因为铜可以起到催化作用从而会加快活泼氧化物的生成而导致体内正常代谢 紊乱，会引起肝硬化、腹泻、呕吐、运动障碍和知觉神经障碍。与铜代谢相关的疾病包括 Menkes综合症、Wilson症、阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化(ALS)等。因此，体内铜稳 态平衡对于人们的健康十分的重要。

现有测定铜离子的方法主要是原子吸收光谱法和分光光度法，但前者需要相对复杂的 仪器及熟练的技术人员才能得到可靠的分析结果，检测费用高昂；而后者也需要繁琐的操 作(如化学转化、掩蔽、分离、萃取等消除干扰的预处理过程)，这显然不符合现代环境监测 所要求的快速现场评价的要求。基于此，现代分析化学已发展出一类新颖的检测试剂，即 所谓的化学传感器(chemosensor)。化学传感器指的是具有分子及以下尺寸的、在与被分析 物相互作用时能够给出实时信号的一种化合物分子。化学传感器具有携带方便、费用低、 对于待测物种选择性高、不需要样品预处理、不受外界电磁场的影响、可现场显示或可远 距离传输信号等优点，因此受到人们的青睐。近几年来，设计和使用化学传感器来检测重 金属离子逐渐成为一个新兴的研究热点。而其中的一种，即荧光化学传感器(fluorescent chemosensor)能把这种响应转化为直观的荧光信号变化，所以成为大部分人所重点研究的 方向。然而目前大部分荧光分子探针存在结构复杂、合成步骤繁琐、产率较低、抗干扰能 力低以及水溶性差等缺点，无法实现纯水相或细胞内铜离子检测。

与化学传感器相比，超分子自组装体具有高度有序的纳米界面，界面的限域和预组织 特性可确保组装在界面上的受体分子协同络合待分析物，从而大幅提高传感器的综合性能。 而荧光检测具有便捷、灵敏度高、可进行裸眼观测、响应时间快、可实时实地检测等优点， 在分析化学、临床检验、细胞生物学、环境学等方面得到了广泛的应用。现有的组装体进 行铜离子检测的研究还较少，且制备过程较为复杂，制备原料价格较贵。以有机无机杂化 材料组装体通过荧光猝灭的方法检测Cu²⁺的方法还比较少，而且难以对水相中的铜离子进>

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种用于铜离子荧光检测 的超分子自组装体及其制备方法与应用，使水相中铜离子的检测具有高灵敏度、高选择性 的特点。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种用于铜离子荧光检测的超分子自组装体的制备方法，包括如下步骤：

1)将4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson型多金属氧酸盐有机无机 杂化材料(POM-PPCT)溶于有机溶剂中，得到前体溶液；

2)将可溶性铕盐加入到步骤1)中制备的前体溶液中，混合均匀后静置设定时间，得 到超分子自组装体的分散体系。

制备得到的超分子自组装体的分散体系在紫外灯的照射下具有强的红色荧光。

镧系金属中的铕盐具有荧光特性，其与4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的 Anderson型多金属氧酸盐有机无机杂化材料的自组装体具有一定的荧光特性，且可以对水 相中的铜离子进行高灵敏度、高选择性检测。

由于该杂化材料以三联吡啶作为端基，具有良好的与金属离子结合的能力，其本身也 具有组装与荧光等性能。其与Eu³⁺可以发生配位作用，镧系金属离子本身并不发光但容易>3+激发，是溶液发出红光。而Cu²⁺也具有强的配位能力，其加入可以破坏聚集体的结构，使>

优选的，步骤1)中，所述前体溶液的浓度为0.8-1.2mg/mL。

前体溶液的浓度太高，会在步骤2)中加入可溶性铕盐后形成沉淀，无法在溶液中形成 稳定的聚集体结构；如果浓度太低，则不会有聚集体产生。

优选的，步骤1)中，4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson型多金属 氧酸盐有机无机杂化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备Anderson型杂多酸[N(C₄H₉)₄]₄[α-Mo₈O₂₆]：将钼酸钠二水合物溶于水，调节>

(2)氨基修饰的Anderson型杂多酸MnMo₆O₁₈的合成，将α-Mo₈O₂₆，醋酸锰和三羟>

(3)三联吡啶苯甲酸的合成：在乙酰吡啶和4-甲酰基苯甲酸甲酯溶于乙醇中，加入少 量氨水和氢氧化钠溶液反应，得到棕红色粘稠状悬浊液，在悬浊液中滴入足量浓盐酸得到 土黄色沉淀和红色溶液，过滤并水洗沉淀，在乙醇中回流纯化，真空干燥即得到产物；

(4)4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson型多金属氧酸盐有 机无机杂化材料的合成：将三联吡啶苯甲酸和杂多酸混合，1,4二氧六环：CH₃CN混合溶>

优选的，步骤1)中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。因为所合成的有机无机杂 化材料溶解性较差，只溶于N,N-二甲基甲酰胺，乙腈和二甲基亚砜，且在其他两种溶剂中 未观察到这种囊泡状的规则的聚集结构，因此选择了N,N-二甲基甲酰胺。

优选的，步骤2)中，所述可溶性铕盐为硝酸铕。

进一步优选的，所述硝酸铕的浓度为55-65mg/mL。

优选的，步骤2)中，静置的时间为7-10天。静置过程中发生自组装过程，静置7-10 天，便于自组装完全。

进一步优选的，步骤2)中，静置时的温度为20-30℃。

上述制备方法制备得到的超分子自组装体。

上述超分子自组装体在检测铜离子中的应用，尤其在检测水相中铜离子的应用。由于 水可以和DMF溶液任意比例混溶，所以该超分子自组装体可以对水相中铜离子的检测具有 较高的灵敏度和选择性。

利用上述超分子自组装体对铜离子进行检测的方法，包括如下步骤：

1)所述超分子自组装体分散于N,N-二甲基甲酰胺中，用紫外灯照射该溶液，并记录此 时的荧光强度；

2)配制一系列不同浓度的铜离子标准溶液；

3)将不同浓度的铜离子标准溶液加入到步骤1)中制备的溶液中，用紫外灯照射，并 记录此时的荧光强度，得到不同铜离子浓度对应的荧光强度；

4)绘制标准曲线；

5)将铜离子废液加入到步骤1)中制备的溶液中，用紫外灯照射，记录此时的荧光强 度，带入标准曲线，计算得到废液中铜离子浓度。

本发明的有益技术效果为：

本发明制备的制备方法简单，且所形成的母液稳定，具有很强的荧光，而Cu²⁺可以引>2+的检测。

本发明制备的荧光检测体系用量少，成本低，且检测方法简单，一定程度上可以通过 紫外灯在现场进行可视化检测，对于极低浓度的样品检测，可使用荧光光谱进行辅助测定， 相比于一般仪器该仪器操作简便，测试结果直观。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实 施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为是实施例1中Eu(III)/POM-PPCT复合材料所形成的超分子自组装体，即一种囊 泡结构的透射电子显微镜图。图a，b，c为不同放大倍数下所形成的超分子自组装体的形 貌。

图2是实施例1中Eu(III)/POM-PPCT复合材料所形成的超分子自组装体的扫描电子显 微镜图。

图3是实施例1中Eu(III)/POM-PPCT复合材料所形成的超分子自组装体的原子力显微 镜图。图a，c为两种不同表示方法的原子力显微镜图像，图b为对应c的高度图表示。

图4是实施例1中加入不同浓度铜离子的荧光光谱，从上至下依次为1μM-1mM。

图5是实施例1中加入不同金属离子后的荧光光谱。图a为分别加入不同金属离子荧 光光谱图，图b为对图a中616nm处特征吸收峰的强度进行了柱形图统计。图c为对未加 入Cu²⁺的混合离子和加入Cu²⁺的混合离子的荧光光谱图。图d为对图c中616nm处特征吸>

图6是实施例1中加入不同金属离子后在紫外灯下拍摄的照片。可以通过可视化观察明显 的观察到Cu²⁺对该检测体系的荧光猝灭现象。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指 明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的 相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申 请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图 包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其 指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

首先合成Anderson型杂多酸，即[N(C₄H₉)₄]₄[α-Mo₈O₂₆]，向5.00g>2MoO₄·2H₂O中加>4H₉)₄]₄[α-Mo₈O₂₆]>3CN＝2：1混合溶液中以EEDQ为缩合剂，>

首先称取一定量已经合成好的4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson 型多金属氧酸盐有机无机杂化材料(POM-PPCT)至小的玻璃瓶中，向其中加入一定体积 N,N-二甲基甲酰胺溶液，制备得到1mg/mL的前体溶液，剧烈搅拌至固体全部溶解。称取 一定量的Eu(NO)₃·6H₂O白色固体粉末至另一空的玻璃瓶中，向其加入一定体积已经制备好>3+的浓度为60mg/mL。

制备得到的Eu(III)/POM-PPCT复合材料的结构如图1和图2所示，通过TEM图片与 SEM图片可以明显的观察到是一种具有较大尺寸且壁厚较厚的囊泡状结构。在TEM结果 中可以看到一个明显的完整的黑色的圆环，与TEM的结果类似，SEM的结果中为一个亮 的环状结构。

制备得到的Eu(III)/POM-PPCT复合材料的原子力显微镜图，如图3所示，通过进一步 对聚集体结构进行AFM进行了表征，可以发现其直径约为500-600nm与TEM和SEM的 结果一致。而高度仅有100-120nm左右，间接证明了其不是实心结构而是一个明显的囊泡 状结构。

将一定质量的Cu(NO₃)₂·3H₂O蓝色结晶固体溶于N,N-二甲基甲酰胺配置成模拟废液，>

在制备得到的Eu(III)/POM-PPCT复合材料中加入不同金属离子后的荧光光谱图如图5 所示，各金属离子的浓度均为1mM。图a为分别加入不同金属离子荧光光谱图，峰值处自 上往下依次对应(Na⁺,K⁺,Al³⁺,Fe³⁺,Mg²⁺,在纯溶剂中以及Cu²⁺)，可见，铜离子对其荧光猝>

图b为对图a中616nm处特征吸收峰的强度进行了柱形图统计。图c为对未加入Cu²⁺的混合离子和加入Cu²⁺的混合离子的荧光光谱图，峰值处对应的溶液自上往下依次为混合>2+的混合离子。图d为对图c中616nm处特征吸收峰的强度进行了>2+的高选择性、高灵敏度的检测。

Eu(III)/POM-PPCT复合材料中加入不同金属离子后在紫外灯下拍摄的照片，如图6所 示。

实施例2

首先称取一定量已经合成好的4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson 型多金属氧酸盐有机无机杂化材料(POM-PPCT)至小的玻璃瓶中，向其中加入一定体积 N,N-二甲基甲酰胺溶液，制备得到2mg/mL的前体溶液，剧烈搅拌至固体全部溶解。称取 一定量的Eu(NO)₃·6H₂O白色固体粉末至另一空的玻璃瓶中，向其加入一定体积已经制备好>3+的浓度为60mg/mL。将一>3)₂·3H₂O蓝色结晶固体溶于N,N-二甲基甲酰胺配置成模拟废液，所配置浓>

实施例3

首先称取一定量已经合成好的4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson 型多金属氧酸盐有机无机杂化材料(POM-PPCT)至小的玻璃瓶中，向其中加入一定体积 N,N-二甲基甲酰胺溶液，制备得到0.5mg/mL的前体溶液，剧烈搅拌至固体全部溶解。称 取一定量的Eu(NO)₃·6H₂O白色固体粉末至另一空的玻璃瓶中，向其加入一定体积已经制备>3+的浓度为60mg/mL。将>3)₂·3H₂O蓝色结晶固体溶于N,N-二甲基甲酰胺配置成模拟废液，所配置>

实施例4

首先称取一定量已经合成好的4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson 型多金属氧酸盐有机无机杂化材料(POM-PPCT)至小的玻璃瓶中，向其中加入一定体积 N,N-二甲基甲酰胺溶液，制备得到1mg/mL的前体溶液，剧烈搅拌至固体全部溶解。称取 一定量的Eu(NO)₃·6H₂O白色固体粉末至另一空的玻璃瓶中，向其加入一定体积已经制备好>3+的浓度为40mg/mL。将一>3)₂·3H₂O蓝色结晶固体溶于N,N-二甲基甲酰胺配置成模拟废液，所配置浓>

实施例5

首先称取一定量已经合成好的4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson 型多金属氧酸盐有机无机杂化材料(POM-PPCT)至小的玻璃瓶中，向其中加入一定体积 N,N-二甲基甲酰胺溶液，制备得到1mg/mL的前体溶液，剧烈搅拌至固体全部溶解。称取 一定量的Eu(NO)₃·6H₂O白色固体粉末至另一空的玻璃瓶中，向其加入一定体积已经制备好>3+的浓度为80mg/mL。将一>3)₂·3H₂O蓝色结晶固体溶于N,N-二甲基甲酰胺配置成模拟废液，所配置浓>

实施例6

首先称取一定量已经合成好的4’-对-苯甲酸-2,2’:6’2”-三联吡啶共价修饰的Anderson 型多金属氧酸盐有机无机杂化材料(POM-PPCT)至小的玻璃瓶中，向其中加入一定体积N,N- 二甲基甲酰胺溶液，制备得到1mg/mL的前体溶液，剧烈搅拌至固体全部溶解。称取一定量 的Eu(NO)₃·6H₂O白色固体粉末至另一空的玻璃瓶中，向其加入一定体积已经制备好的前体溶>3)₂·3H₂O蓝色结晶固体溶于N,N->

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员 来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。