[发明专利]一种用于检测金属离子的光学离子传感膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于化学检测技术领域，具体涉及一种用于检测金属离子的光学离子传感膜及其制备方法与应用。

背景技术

发展具有高选择性和灵敏度的用于生物和环境检测的离子传感器近年来引起人们的广泛兴趣。检测生物体系中的离子对于研究生物体中的信号传递等课题具有关键作用，而环境中高毒性重金属的检测也同样推动了离子传感器的发展。基于高分子材料的光学传感器已经被应用于生物体系和环境中各种离子的检测，为离子传感提供了一个可靠的平台^1-7。常用的光极都通过紫外吸收或者荧光强度的变化来进行传感，其中荧光检测由于其高灵敏度常被用于生物样品的临床检测。目前，应用最多的显色离子载体是ETH系列的化合物，包括ETH 5294，ETH 2439，ETH 5418，ETH 5315，ETH 2412，ETH 7075和ETH7061，但是它们的荧光都很弱，有的几乎没有荧光。基于显色离子载体的光极也不能用于血液样品的检测，因为血液样品本身有很强的背景吸收和荧光，并且在紫外和可见光区有强烈的散射存在。

近红外区(650nm-1000nm)的荧光检测也被越来越多的研究者所关注。近红外光可以穿透皮肤深入组织达几毫米，并且大多数的生物体系在此波长范围内不会产生背景干扰⁸。尤其是对于血液的检测体系，近红外区内背景吸收和荧光干扰最小，因此基于长波长范围的光学传感器成为了发展热点⁹。在众多的近红外发光材料中，上转换纳米材料具有独特的光学特性，例如在近红外光激发下能发射可见区荧光，较大的反斯托克斯位移也保证了两个发射峰和激发光之间彼此能被明确区分¹⁰，并且上转换材料荧光稳定，长时间激发下光强不会发生改变¹¹，细胞毒性低¹²，因此被成功应用于动物组织和细胞成像^12，13。上转换材料中，NaYF₄晶体的掺杂体系被证明是上转换效率最高的^14，15。

目前已有报道表明上转换纳米材料作为荧光标记或是作为共振能量转移(FRET)的供体用于生物检测中¹⁶。通过对表面进行修饰，该材料可具有较好的水溶性，可在水溶液中检测DNA^17-19，蛋白分子²⁰和酶的活性²¹。然而，均相中往往不能实现连续的重复的检测，但是只要将上转换纳米材料与合适的探针联合起来，基于该材料的化学传感器就可以满足这些要求。Wolfbeis组里研制了一系列这样的传感器，用于检测pH²²，二氧化碳²³和氨气²⁴。后两者是用非离子穿透性却有气体透过性的聚苯乙烯高分子材料实现的，当气体进入体系，其中的pH会发生变化，从而可以被检测到。最近，他们又研制了一种检测氧气含量的传感器²⁵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是克服上述缺陷，提供一种用于检测金属离子的基于上转换纳米材料的光学离子传感膜。

本发明还要解决的技术问题，是提供上述光学离子传感膜的制备方法。

本发明最后要解决的技术问题，是提供上述光学离子传感膜在金属离子检测中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于检测金属离子的光学离子传感膜，它包括如下重量百分比的组分：

显色离子载体ETH5418  0.34％-0.38％；

离子交换剂  四[3，5-二-(三氟甲基)苯]硼酸钠(NaTFPB)  0.46％-0.91％；

金属离子载体  0.43％-2.17％；

上转换纳米棒  2.01％-2.17％；

聚氯乙烯(PVC)  31.41％-32.71％；

增塑剂癸二酸二(2-乙基己基)酯(DOS)或邻硝基苯辛醚(NPOE)或邻苯二甲酸二辛酯(DOP)补足至100％。

其中，所述的金属离子为钙离子、钾离子、钠离子或铜离子。

其中，所述的用于检测金属离子的光学离子传感膜，其膜的厚度为5-7μm。

其中，所述的上转换纳米棒为NaYF₄:Er，Yb纳米棒，制备方法参考文献18。所述的金属离子载体为：钠离子载体Na(X)、钾离子载体缬氨酶素、钙离子载体AU-1或铜离子载体N，N，N’，N’-四环己基-3-硫代戊二酰胺。