[发明专利]光纤传感器仿生分子识别纳米传感膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生分子识别和光纤传感器领域，更确切地说是涉及一种光纤传感器仿生分子识别传感纳米膜及其制备方法。

背景技术

分子识别是指在复杂的混合物体系中，一个分子或分子片段特异性地识别另一个分子或分子片段，并相互结合而形成一个复合物或超分子的现象。分子识别的概念是从对酶、受体、抗体等生物分子的研究中逐步发展出来的，它普遍存在于各种生命活动之中，如抗原与抗体，蛋白质类激素、植物凝集素、外源凝集素或药物与受体，蛋白酶与蛋白质底物，蛋白质与核酸之间都存在分子识别现象，因此分子识别对生命活动起着至关重要的作用。目前生物分子识别及相关技术，已广泛应用于临床检验、药物分析、新药开发、基因诊断、癌症治疗以及环境评价等领域。作为近年来集高分子合成、分子设计、分子识别、仿生生物工程等众多学科优势发展起来的分子印迹技术(MolecularlyImprinted Technology，MIT)，就是从仿生学角度出发，采用人工合成的方法获得在空间和结合位点上与某一特定分子(印迹分子、模板分子)完全匹配，具有特异性结合该特定分子的高分子材料，从而实现仿生分子识别，即实现仿生功能。所得到的分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers，MIPs)即具有与天然抗体同样的识别性能与选择性，又具有和高分子同样的高稳定性及抗恶劣环境的能力，因而广泛应用于仿生传感器、生物工程、临床医学、环境监测、食品工业等众多领域，已经成为新世纪最有潜力的新材料之一。

目前，将分子印迹聚合物用作传感器的敏感材料/识别单元——传感膜，制备仿生传感器，已经成为分子印迹和传感器领域共同关心的研究方向，并已经成为共同的研究热点。具体研究内容是将分子印迹聚合物以膜的形式通过适当的方式固定在传感器的换能器表面，然后通过各种电、热、光、质等手段转换成可测信号，用于定量分析各种化合物。在众多传感器中，光纤传感器凭借着适用范围广、防爆、绝缘、抗干扰能力强等诸多优点已经成为传感器家族的后起之秀，并且在各种不同的测量中发挥着自己独到的作用。而现有的常用传感膜成膜方法如压膜法、旋涂法等，所制成的传感膜的厚度大多在μm级，严重影响目标分子(模板分子)在传感膜内部的传质速度和平衡时间；所制成的传感膜容易从传感器的换能器上脱落，影响传感器的稳定性，已经限制了分子印迹聚合物仿生传感器的应用与发展。因此，直接在仿生传感探头的表面合成分子印迹纳米膜(＜50nm)，提高目标分子(模板分子)在分子印迹聚合物膜内部的传质速度，降低平衡时间成为仿生传感器研究领域最前沿的热点之一。虽然已有文献报道采用接枝共聚法在载体表面合成纳米膜(Sulitzky C.，Ruckert B.，Hall A.J.et al..Macromolecules，2002，35：79-91.)，但由于接枝共聚法无法摆脱溶液共聚、形成的膜厚度不均匀的缺点，使得其一直无法被广泛使用。关键是目前传统方法制得的仿生传感膜，厚度较大、均匀性较差、厚度不可控(一般达微米级)，并且容易从传感探头表面脱落，严重影响了仿生传感器的灵敏度、稳定性以及应用范围；新发展的一些表面修饰方法仍然摆脱不了溶液共聚、形成的膜厚度不均匀的缺点，严重限制了分子印迹聚合物仿生传感器的应用与发展。

发明内容

本发明旨在提供一种光纤传感器仿生分子识别纳米传感膜及其制备方法，提高光纤传感器的灵敏度、稳定性和应用范围，弥补现有技术的不足。

本发明的技术构思是通过将分子印迹技术与可逆加成-断裂链转移自由基聚合反应相结合，使得在硅基光纤端面上“生长”出对印迹分子具有仿生分子识别能力的、厚度可以通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合反应时间控制的纳米传感膜，作为光纤传感器的识别器件，广泛应用于冶金、化工、环保等领域。

本发明是具有对模板分子专一的仿生分子识别能力的传感膜，其特征在于该传感膜是生成在硅基光纤的端面上的、厚度可控的、厚度范围为5～50nm的膜。

所述的传感膜的厚度是通过可逆加成-链转移自由基聚合反应时间控制，且与时间呈线性关系。所述的硅基光纤是以二氧化硅、玻璃或石英为材料的光纤。

本发明的方法是：首先在作为传感器的光纤端面上衍生出可逆加成-断裂链转移自由基聚合的链转移剂前体氯硅烷，在格氏试剂的作用下将光纤端面的氯硅烷转化为链转移剂，之后在引发剂的作用下引发可逆加成-断裂链转移自由基聚合反应(同时进行分子印迹聚合反应)，在光纤表面“生成”包含模板分子的仿生分子识别纳米传感膜，最后经模板分子洗脱即得到厚度可控的仿生分子识别纳米传感膜。

本发明具体方法如下：