[发明专利]一种基于葫芦脲主-客体化学的纳米结构薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构薄膜，具体地为一种基于葫芦脲主-客 体化学的纳米结构薄膜及其制备方法和应用，属于功能性纳米薄膜材 料领域。

背景技术

爆炸物作为危害社会和环境安全的重要化学品之一，一直受到各 国的高度重视。随着爆炸性恐怖袭击事件的增多，对于爆炸物的快速 检测目前成为分析检测领域的一个重要课题。荧光分析法作为高灵敏 度的分析方法，被广泛的用于对爆炸物的检测。经文献检索发现， Timothy M.Swager组于1998年发表在《Journal of the American chemical society》(1998年120卷11864页)的论文《Fluorescent Porous Polymer Films as TNT Chemosensors：Electronic and Structural Effects》 (荧光多孔聚合物薄膜作为TNT化学传感器：电子和结构效应)和 1998年发表在《Journal of the American chemical society》(1998年120 卷5321页)的论文《Porous Shape Persistent Fluorescent Polymer Films： An Approach to TNT Sensory Materials》(多孔结构的荧光聚合物薄膜： 一种检测爆炸物TNT的新材料)中成功的运用荧光猝灭法对爆炸物三 硝基甲苯(TNT)进行检测，该方法基于荧光放大效应，具有很高的 灵敏度。

目前，基于荧光法对其他爆炸物如二硝基甲苯(DNT)、季戊四 醇四硝酸酯(PETN)、环四甲撑四硝胺(HMX)、环三亚甲基三硝胺 (RDX)等直接检测的方法不多，且检测效果不理想，因此对含硝基 的爆炸物的检测方法及检测性能有待进一步的改进和提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于葫芦脲主-客体化学的纳米结构薄 膜。该纳米结构薄膜由基底层、修饰层和功能层组成，所述基底层为 表面干净、平整的固体薄片；所述修饰层为含有短链氨基的物质，可 选自壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖和羧甲基化氨基糖中一种或多种，厚度 为100-1000nm；所述功能层由葫芦脲和染料分子按1∶1的比例组成， 为单分子层厚度。

其中，所述基底层选自石英片、硅片和玻璃片中的一种，优选硅 片，更优选石英片；

所述壳聚糖为市售品，分子量在10KDa-100KDa之间，脱乙酰 化为90％以上；

所述O-羧甲基壳聚糖为市售品，分子量在10KDa-100KDa之间， 脱乙酰化为90％以上；

所述染料分子为荧光染料分子，优选萘和/或萘酚染料分子，可 选自萘、α-萘酚和β-萘酚的一种或多种。

本发明的另一个目的是提供所述基于葫芦脲主-客体化学的纳米 结构薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

1)取壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖和羧甲基化氨基糖中一种或多种， 配成水溶液，平铺于基底上，自然挥干；

2)将步骤1)中经修饰的基底完全浸泡于葫芦脲和染料分子比 例为1∶1的水溶液中，20-60min后取出，干燥即得。

其中，步骤1)所述水溶液的质量分数为0.1％-0.5％，所述质量 分数为壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖和羧甲基化氨基糖中一种物质的质量 分数，或者为两种或三种物质混合后的质量分数；

步骤2)所述葫芦脲的浓度范围为0.01mM-0.1mM；所述染料分 子的浓度范围为0.01mM-0.1mM；所述干燥优选用氮气流吹干。

本发明还提供了所述基于葫芦脲主-客体化学的纳米结构薄膜在 对含硝基的爆炸物检测中的应用。

其中，本发明的纳米结构薄膜可以检测上述爆炸物在室温下的饱 和蒸汽压，所述含硝基的爆炸物及其检测限分别是：TNT为10ppb， DNT为180ppb，PETN为23ppt，RDX为7ppt，HMX为0.15ppt。