本發(fā)明屬于材料化學(xué)和環(huán)境污染控制化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于檢測(cè)水中痕量4-硝基苯酚的磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料及制備方法。

背景技術(shù)：

磁性納米顆粒已經(jīng)在許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，包括標(biāo)記和篩選細(xì)胞、生物分離、生化產(chǎn)品分離、生物傳感、細(xì)胞功能研究。然而，隨著氧化鐵的尺寸減小，其活性大大增加，這些磁性顆粒暴露在真實(shí)環(huán)境中會(huì)很快降解。二氧化硅具有生物相容性、在不同條件下膠體穩(wěn)定性強(qiáng)、親水性、易修飾，在磁性顆粒表面包覆二氧化硅可以解決這一問題。將磁性量子點(diǎn)納米顆粒作為磁性熒光內(nèi)核用于分析檢測(cè)領(lǐng)域，可以充分利用量子點(diǎn)的光學(xué)性能優(yōu)勢(shì)和磁性顆粒的易分離優(yōu)勢(shì)。離心分離在分離目標(biāo)物的過程中，無(wú)法分離與目標(biāo)物密度相近的雜質(zhì)，而磁性分離在這方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)合分子印跡技術(shù)的高選擇性與量子點(diǎn)的高靈敏度，制備出量子點(diǎn)分子印跡聚合物，能夠簡(jiǎn)單、高效的檢測(cè)一系列目標(biāo)物。

4-硝基苯酚是一種劇毒的取代酚，急性吸入和攝入后，能夠引起頭痛、困倦、嘔心、黃萎病，所以需要嚴(yán)格控制和監(jiān)督對(duì)硝基酚的使用。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署規(guī)定水中的4-硝基苯酚限值為60ng/mL。目前有許多方法用于檢測(cè)在實(shí)際樣品中4-硝基苯酚，比如色譜法、電化學(xué)法、化學(xué)熒光法、熒光檢測(cè)。這些方法要么過程繁瑣，要么靈敏度和選擇性較低，所以急需尋找一種快速、簡(jiǎn)單、高效檢測(cè)4-硝基苯酚的方法。

量子點(diǎn)是最近20年快速發(fā)展起來(lái)具有優(yōu)異光學(xué)性能的半導(dǎo)體納米晶體，其具有很寬的激發(fā)光譜，很窄的發(fā)射光譜，較高的熒光量子產(chǎn)率，其已經(jīng)被廣泛用來(lái)檢測(cè)金屬離子、小分子、DNA、RNA、蛋白質(zhì)。但是，量子點(diǎn)用于檢測(cè)存在著選擇性差的問題。目前，解決這個(gè)問題主要是依靠在量子點(diǎn)表面修飾能夠與目標(biāo)分子特異性結(jié)合的配體，然而篩選能夠特異性結(jié)合目標(biāo)分子的配體的過程比較繁瑣，此外能夠修飾量子點(diǎn)而又不引起熒光性能降低的配體比較有限。分子印跡技術(shù)恰好能提供量子點(diǎn)檢測(cè)需要的選擇性，這種選擇性的獲得十分方便，并具有普遍性。已有報(bào)道將量子點(diǎn)和分子印跡技術(shù)結(jié)合制備量子點(diǎn)印跡傳感器，在干擾物的存在下，選擇性檢測(cè)目標(biāo)物。對(duì)于量子點(diǎn)印跡傳感器來(lái)說(shuō)，分子印跡層是其獲得選擇性的關(guān)鍵，所以如何設(shè)計(jì)能夠?qū)δ繕?biāo)物具有最佳印跡效應(yīng)的印跡聚合物體系至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種用于檢測(cè)水中痕量4-硝基苯酚的磁性量子點(diǎn)印跡材料、制備方法及用途。本方法合成的磁性量子點(diǎn)印跡材料，相比較傳統(tǒng)的量子點(diǎn)印跡材料所制備的磁性量子點(diǎn)印跡材料呈現(xiàn)規(guī)則的核/殼/殼結(jié)構(gòu)，粒徑分布均勻；具有更大的比表面積、更易分離、熒光性能優(yōu)異，具有較多的印跡結(jié)合位點(diǎn)，能夠快速有效地對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)，更具有實(shí)用價(jià)值。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的。

用于檢測(cè)水中痕量4-硝基苯酚的磁性量子點(diǎn)印跡材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟，

(1)單分散性的四氧化三鐵的制備：將FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O溶解在20-22mL的水中得到0.001-0.002mol的Fe²⁺前驅(qū)體溶液；然后，將10-15mL的油酸、1-2g的NaOH、10-15mL的乙醇混合、攪拌得到均勻的溶液；將Fe²⁺前驅(qū)體溶液加入到上述均勻溶液中，出現(xiàn)淡綠色的沉淀，攪拌至沉淀變成棕色后，轉(zhuǎn)入50mL的反應(yīng)釜中、并密封，在180-190℃下加熱10-15h，待反應(yīng)釜冷卻到室溫后，取出堆積在底部的沉淀，用乙醇洗滌三次，在60-70℃真空干燥24h，得到單分散性的四氧化三鐵；

(2)CdTe量子點(diǎn)的制備：550-560mg的CdCl₂·2.5H₂O、280-290mg的巰基乙酸(TGA)加入到170-180mL的水中形成鎘離子的前驅(qū)體溶液；用1-2mol/L的氫氧化鈉水溶液將pH調(diào)節(jié)至12-13，然后再通30min的氮?dú)?；?20-130mg的碲粉、200-220mg的NaBH₄、10-15mL的超純水混合，在冰浴下反應(yīng)至黑色的Te粉消失，直至溶液澄清，得到NaHTe溶液；然后，在氮?dú)獾姆諊?，?-7mL的NaHTe溶液注入到鎘離子的前驅(qū)體溶液中，室溫下攪拌20-25min后，回流2h，得到的CdTe量子點(diǎn)溶液；

(3)Fe₃O₄@SiO₂微球的制備及其表面氨基的修飾：室溫下，將0.7-0.9mg Fe₃O₄溶解在7.0-8.0mL的環(huán)己烷中；加入2g曲拉通X-100、1.6mL的正己醇、0.34mL超純水，攪拌形成微乳液系統(tǒng)；加入39-42μL正硅酸乙酯(TEOS)，6小時(shí)后再加入100-105μL的25％的氨水溶液來(lái)引發(fā)TEOS水解；24小時(shí)后，再加入1-3μL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)繼續(xù)攪拌24h，最后，加入異丙醇破乳；分別用乙醇、水洗滌3次；

(4)Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂的制備：將4-6mg CdTe量子點(diǎn)溶解在2mL超純水中，再將9-11mg的Fe₃O₄@SiO₂溶解在2mL的水中，將兩種溶液混合后，再加入0.4-0.6mL的pH＝7.0磷酸鹽緩沖溶液，在室溫下避光攪拌8h，反應(yīng)完成后，蒸餾水離心洗滌；將得到的產(chǎn)物加入到溶解有1-3μL APTES和9-11μL TEOS的5mL水/乙醇(1:4)的混合溶液中，在室溫下避光反應(yīng)24h，量子點(diǎn)表面形成一層非常薄的二氧化硅保護(hù)層，用乙醇洗滌產(chǎn)物；

(5)分子動(dòng)力學(xué)模擬設(shè)計(jì)預(yù)聚合體系：通過改變功能單體和交聯(lián)劑的數(shù)目，研究功能單體和交聯(lián)劑數(shù)目對(duì)模板分子-功能單體復(fù)合物(T-FM)的穩(wěn)定性的影響，確定的預(yù)聚合體系中4-NP、APTES、TEOS最佳比例；

(6)Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂@MIP的制備：首先將20-25μmol的APTES、10-15μmol的4-硝基苯酚、80-85μmol的TEOS溶解在4-5mL的乙醇中，攪拌30min，再加入1-2mL的2.5％的6.25％的氨水溶液，反應(yīng)15-20h，得到Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂@MIP，即所述磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，還包括將所得CdTe量子點(diǎn)溶液在環(huán)境光下照射10天。

優(yōu)選地，所述步驟(5)中確定的預(yù)聚合體系中4-NP、APTES、TEOS最佳比例為10:20:80。

所述的制備方法制備的磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料，其特征在于，以Fe₃O₄為核，F(xiàn)e₃O₄表面包附一層磁性SiO₂，磁性SiO₂層外包附一層CdTe量子點(diǎn)，CdTe量子點(diǎn)的羧基與磁性SiO₂層之間通過修飾在磁性SiO₂上的氨基共價(jià)結(jié)合，CdTe量子點(diǎn)外層為厚度為1nm的SiO₂層，在SiO₂層表面包附印記層，形成Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂@MIP規(guī)則的核/殼/殼結(jié)構(gòu)。

所述的磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料，用于檢測(cè)水中痕量4-硝基苯酚。

本方法合成的磁性量子點(diǎn)印跡材料，粒徑分布均勻，具有更大的比表面積、更易分離、熒光性能優(yōu)異，相比較傳統(tǒng)的印跡材料具有較多的印跡結(jié)合位點(diǎn)，能夠快速有效地對(duì)復(fù)雜環(huán)境樣品中目標(biāo)分子進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)，本發(fā)明所述的磁性量子點(diǎn)印跡材料對(duì)4-NP檢測(cè)限為1ng/mL，更具有實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明所述的制備方法通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行模板分子-單體復(fù)合物模擬，以模擬結(jié)果指導(dǎo)印跡材料的制備，省時(shí)省力，節(jié)省原料。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述制備方法的原理示意圖。

圖2為二十五組預(yù)聚合體系的徑向分布函數(shù)的積分?jǐn)?shù)據(jù)及徑向分布函數(shù)。

圖3油酸修飾的Fe₃O₄顆粒(A)、油酸修飾的α-FeOOH納米棒(B)、Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂(C和D)，F(xiàn)e₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂@MIP(E和F)。

圖4磁性量子點(diǎn)印跡聚合物在不同濃度的4-硝基苯酚溶液中熒光發(fā)射光譜。

圖5磁性量子點(diǎn)印跡聚合物的Stern-Volmer直線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明將量子點(diǎn)優(yōu)異的光學(xué)性能、分子印跡技術(shù)的預(yù)定選擇性、磁性材料、計(jì)算機(jī)模擬四項(xiàng)技術(shù)結(jié)合，制備了單分散性的油酸修飾的四氧化三鐵顆粒，然后用反相微乳液法合成四 氧化三鐵二氧化硅核殼顆粒，再在其表面修飾氨基，非共價(jià)吸附量子點(diǎn)顆粒，再用二氧化硅層將其保護(hù)起來(lái)，最后根據(jù)動(dòng)力學(xué)模擬得到的模板分子、功能單體、交聯(lián)劑的比例，合成磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料。并研究在水、甲醇、乙醇、乙醇/水的混合溶液中磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料的熒光淬滅，以及在干擾離子的存在下、不同PH條件下，磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料的熒光穩(wěn)定性。研究了目標(biāo)物結(jié)構(gòu)類似物對(duì)磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料熒光檢測(cè)4-硝基苯酚的影響。最后將磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料應(yīng)用到自來(lái)水水樣和河水水樣的檢測(cè)中，如表1。

表1應(yīng)用磁性量子點(diǎn)印跡材料檢測(cè)河水和自來(lái)水水樣中4-硝基苯酚

利用水熱法制備了單分散的油酸修飾的四氧化三鐵，使用反相微乳液法在其表面包覆二氧化硅，并在磁性二氧化硅表面修飾氨基，在緩沖溶液中，TGA修飾的CdTe量子點(diǎn)與氨基發(fā)生非共價(jià)作用，量子點(diǎn)吸附在磁性二氧化硅表面，隨后在表面包覆一層大約1nm的二氧化硅層，根據(jù)分子動(dòng)力學(xué)模擬獲得的最佳預(yù)聚合體系，在磁性熒光內(nèi)核表面覆蓋印跡層，用于在河水和自來(lái)水水樣中的4-硝基苯酚。

具體步驟如下：

(1)單分散性的四氧化三鐵的制備

將FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O溶解在20-22mL的水中得到0.001-0.002mol的Fe²⁺前驅(qū)體溶液；然后，將10-15mL的油酸、1-2g的NaOH、10-15mL的乙醇混合、攪拌得到均勻的溶液；將Fe²⁺前驅(qū)體溶液加入到上述均勻溶液中，出現(xiàn)淡綠色的沉淀，攪拌至沉淀變成棕色后，轉(zhuǎn)入50mL的反應(yīng)釜中、并密封，在180-190℃下加熱10-15h，待反應(yīng)釜冷卻到室溫后，取出堆積在底部的沉淀，用乙醇洗滌三次，在60-70℃真空干燥24h，得到單分散性的四氧化三鐵，油酸修飾的四氧化三鐵磁性顆粒直徑為8nm。

(2)CdTe量子點(diǎn)的制備

550-560mg的CdCl₂·2.5H₂O、280-290mg的TGA加入到170-180mL的水中形成鎘離子 的前驅(qū)體溶液；用1-2mol/L的氫氧化鈉水溶液將pH調(diào)節(jié)至12-13，然后再通30min的氮?dú)?；?20-130mg的碲粉、200-220mg的NaBH₄、10-15mL的超純水混合，在冰浴下反應(yīng)至黑色的Te粉消失，直至溶液澄清，得到NaHTe溶液；然后，在氮?dú)獾姆諊?，?-7mL的NaHTe溶液注入到鎘離子的前驅(qū)體溶液中，室溫下攪拌20-25min后，回流2h，得到的量子點(diǎn)溶液，在環(huán)境光下照射10天，以此來(lái)提高熒光量子產(chǎn)率。

(3)Fe₃O₄@SiO₂微球的制備及其表面氨基的修飾

室溫下，將0.7-0.9mg Fe₃O₄溶解在7.0-8.0mL的環(huán)己烷中；加入2g曲拉通X-100、1.6mL的正己醇、0.34mL超純水，攪拌形成微乳液系統(tǒng)；加入39-42μL TEOS，6小時(shí)后再加入100-105μL的25％的氨水溶液作為催化劑，來(lái)引發(fā)TEOS水解；24小時(shí)后，再加入1-3μL的APTES繼續(xù)攪拌24h，在其表面修飾了氨基；最后，加入異丙醇破乳；分別用乙醇、水洗滌3次。

(4)Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂的制備

將4-6mg CdTe量子點(diǎn)溶解在2mL超純水中，再將9-11mg的Fe₃O₄@SiO₂溶解在2mL的水中，將兩種溶液混合后，再加入0.4-0.6mL的pH＝7.0磷酸鹽緩沖溶液，在室溫下避光攪拌8h，反應(yīng)完成后，蒸餾水離心洗滌。氨基和羧基間形成共價(jià)的氫鍵作用將量子點(diǎn)吸附到磁性納米粒子表面。

將上述所得到的產(chǎn)物加入到溶解有1-3μL APTES和9-11μL TEOS的5mL水/乙醇(1:4)的混合溶液中，在室溫下避光反應(yīng)24h，量子點(diǎn)表面形成一層1nm的二氧化硅保護(hù)層，用乙醇洗滌產(chǎn)物。

(5)分子動(dòng)力學(xué)模擬設(shè)計(jì)預(yù)聚合體系

通過改變功能單體和交聯(lián)劑的數(shù)目，研究功能單體和交聯(lián)劑對(duì)T-FM復(fù)合物的穩(wěn)定性的影響，研究發(fā)現(xiàn)，PH和AN的作用力是最強(qiáng)的，作用為氫鍵作用。將功能單體的數(shù)目控制在20，研究交聯(lián)劑對(duì)PH-AN相互作用的影響，選取MD11、MD12、MD13、MD14、MD15作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)隨著交聯(lián)劑的比例增加，PH-AN之間的相互作用力先增強(qiáng)再減小，根據(jù)模擬結(jié)果，研究將交聯(lián)劑數(shù)目固定為80，選取MD4、MD9、MD14、MD19、MD24作為研究對(duì)象，分析功能單體數(shù)目對(duì)PH-AN作用力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，功能單體的增加，PH-AN相互作用先增加后減小，當(dāng)功能單體的數(shù)目增加到20以后，增加的功能單體不能與模板分子發(fā)生相互作用，從而在印跡聚合物中形成背景結(jié)合位點(diǎn)。最終，確定預(yù)聚合體系中最佳比例4-NP：APTES：TEOS為10:20:80。二十五組預(yù)聚合體系的組分如表2。

表2備選的25組預(yù)聚合物系統(tǒng)的組分

(6)Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂@MIP的制備

首先將20-25μmol的APTES、10-15μmol的4-硝基苯酚、80-85μmol的TEOS溶解在4-5mL的乙醇中，攪拌30min，再加入1-2mL的2.5％的6.25％的氨水溶液，反應(yīng)15-20h，得到所述磁性量子點(diǎn)印跡傳感材料，以Fe₃O₄為核，F(xiàn)e₃O₄表面包附一層磁性SiO₂，磁性SiO₂層外包附一層CdTe量子點(diǎn)，CdTe量子點(diǎn)與磁性SiO₂層之間通過修飾在磁性SiO₂上的氨基共價(jià)結(jié)合，CdTe量子點(diǎn)外層為厚度為1nm的SiO₂層，在SiO₂層表面包附印記層，形成Fe₃O₄@SiO₂@CdTe@SiO₂@MIP規(guī)則的核/殼/殼結(jié)構(gòu)。

(7)熒光檢測(cè)

所有熒光檢測(cè)的激發(fā)波長(zhǎng)為400nm，狹縫寬度均為5nm。磁性熒光印跡聚合物溶于Na₂CO₃-NaHCO₃的緩沖溶液(pH＝8-10)，濃度為9-11μg/mL，加入5ng/mL-150ng/mL的4-硝基苯酚，避光室溫下置于搖床2min后立刻測(cè)量熒光強(qiáng)度。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。