表面分子印记聚合物的制备及其在农残检测中的应用

论文摘要

分子印记技术（Molecular Imprinting Technology,MIT）是一种制备对特定分子具有专一识别性能的聚合物的技术,基于分子印记技术制备的分子印记聚合物材料具有高亲和性和选择性、抗恶劣环境能力强、稳定性好、制备成本低、使用寿命长,应用范围广等优点而在分离提纯、免疫测定、生物模拟、仿生传感、催化、环境的痕量分析、药物释放等以及相关领域显示出广阔的应用前景。本文首先对分子印记技术的基本原理、分子印记聚合物的制备、分子印记技术应用状况以及分子印记技术新发展进行了较为全面的综述和评价,探讨了当前分子印记技术所面临的机遇和挑战。传统方法制得的印记聚合物有效印记点的密度很低,因此对目标分子的结合容量小,结合动力学慢,难以满足在传感器上应用的实际需要。纳米结构的分子印记材料具有较高的比表面积,印记材料上大多结合位点位于或接近材料表面,对目标分子具有高亲和力,快速结合动力学等特点,有望真正解决传统分子印记遇到的困难,进一步推动分子印记技术的发展。通过对粒子表面进行修饰制备分子印记聚合物材料是一个较好的方法。本论文重点针对农药分子的识别与检测,以二氧化硅为中心粒子,利用层层自组装技术,发展制备具有高选择性、高亲和力和快速结合动力学的芯-壳型纳米结构印记材料。同时,结合荧光分析技术,发展基于金属卟啉荧光淬灭的表面分子印记聚合物的制备。二氧化硅粒子表面layer-by-layer分子印记。首先,在氮气气氛中和惰性溶剂里APTS通过共价耦联到二氧化硅纳米粒子的表面,用戊二醛进行交联,得到表面改性的二氧化硅纳米粒子。然后,利用聚烯丙基胺（PAA）与2,4-D之间的相互作用制备前驱组装体复合物（PAA-2,4-D）,以此复合物为构筑基元与戊二醛交替组装在改性的二氧化硅纳米粒子表面上。通过组装的循环次数,可在纳米级别上控制壳层的厚度。结果表明所得的芯-壳型分子印记聚合物对2,4-D具有强的识别能力,对所有的2,4-D结构类似物的吸附能力均低于对2,4-D的吸附能力。本研究拓展了分子印记聚合物的制备,有可能成为纳米传感器中用于分子识别的理想材料。基于锌原卟啉（ZnPP）的表面分子印记聚合物的制备和荧光检测。首先,用γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷（MPS）对二氧化硅纳米粒子进行表面改性,制得表面键合有双键的改性二氧化硅纳米粒子,然后诱导功能单体甲基丙烯酸（MAA）和ZnPP在二氧化硅粒子表面印记聚合。锌原卟啉直接作为功能单体参与形成空腔,其即为识别元件又为探测元件。实验结果证实了这种发光性分子印记聚合物可以实现对痕量农药残留分子的高灵敏度和高选择性的检测,为农药的残留检测提供了新的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 分子印记技术的基本原理和方法
• 1.2.1 共价键法（预组装）
• 1.2.2 非共价键法（自组装法）
• 1.3 分子印记聚合物的构成
• 1.3.1 模板分子
• 1.3.2 功能单体
• 1.3.3 交联剂
• 1.3.4 溶剂（致孔剂）
• 1.3.5 引发方式
• 1.4 分子印记聚合物的制备方法
• 1.4.1 本体聚合
• 1.4.2 原位聚合
• 1.4.3 悬浮聚合
• 1.4.4 两步溶胀聚合
• 1.4.5 沉淀聚合
• 1.4.6 表面分子印记技术
• 1.4.6.1 无机材料表面分子印记技术
• 1.4.6.2 聚合物材料表面分子印记技术
• 1.4.6.3 其他表面分子印记技术
• 1.5 分子印记技术的新发展
• 1.5.1 纳米结构分子印记技术
• 1.5.2 将敏感结合转变为易于读出的信号
• 1.6 分子印记技术的应用
• 1.6.1 用于化学仿生传感器
• 1.6.2 用于农残分析
• 1.6.3 用于色谱固定相
• 1.6.4 其他方面应用
• 1.7 分子印记聚合物传感器在农残检测中的应用
• 1.8 本文选题及主要研究内容
• 第二章 二氧化硅粒子表面layer-by-layer 分子印记
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料及规格
• 2.2.2 纳米二氧化硅制备及其修饰
• 2.2.3 前驱组装体复合物（PAA-2,4-D）的制备
• 2.2.4 纳米氧化硅粒子表面layer-by-layer 分子印记的制备
• 2.2.5 结合实验
• 2.2.6 表面修饰的纳米氧化硅粒子表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 在修饰的二氧化硅纳米粒子表面分子印记过程
• 2.3.2 二氧化硅表面的APTS 修饰
• 2.3.3 2,4-D 与PAA 之间的相互作用
• 2.3.4 纳米氧化硅粒子表面layer-by-layer 分子印记
• 2.3.5 2,4-D 印记芯-壳型聚合物的分子识别特性
• 2.3.6 不同壳厚的2,4-D 印记芯-壳型聚合物
• 2.4 结论
• 第三章 基于 ZnPP 的表面分子印记聚合物的制备和荧光检测
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料及规格
• 3.2.2 二氧化硅凝胶纳米粒子的制备和修饰
• 3.2.3 基于ZnPP 的表面分子印记材料的制备
• 3.2.4 洗脱处理
• 3.2.5 基于ZnPP 的表面分子印记材料的表征
• 3.2.6 荧光型分子印记聚合物传感器对莠去津的响应
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 目标分析物莠去津分子与ZnPP的作用
• 3.3.2 基于ZnPP 的表面分子印记过程
• 3.3.3 二氧化硅纳米粒子表面的MPS 修饰
• 3.3.4 基于ZnPP 的表面分子印记聚合物传感器
• 3.3.5 荧光型分子印记聚合物传感器对莠去津的检测
• 3.3.6 荧光型分子印记聚合物传感器的选择性
• 3.4 结论
• 第四章 全文总结与展望
• 4.1 全文总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果