[发明专利]一种离子液体微阵列单分子层荧光传感薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于超分子荧光传感薄膜材料技术领域，具体涉及一种含有两亲性氟硼二吡咯衍生物的离子液体微阵列单分子层荧光传感薄膜的制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着社会经济的发展，环境污染产生的气体危及着人类的生存环境和身心健康，特别是室内挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称：VOCs)，已经引起人们对其危害性的广泛关注。而VOC室外主要来自交通运输和燃料燃烧等；室内主要来自建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等，燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾。如果没有足够的通风设备使空气流通，并且VOC存在于室内，那么室内空气污染程度将会比室外空气严重10倍之多。短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果；长时间内会导致婴儿畸形、白血病和多种癌症等。显然，发展能实时在线检测气体的高性能化学传感器将能有效控制和防范此类事件发生。

甲醛是一种无色、有强烈刺激性气味的挥发性有机化合物(VOCs)之一，是室内空气污染的代表性物质，长期接触甲醛常会引起呼吸道疾病、鼻炎癌、结肠癌、白血病、智力和记忆力下降等，对儿童、孕妇、老人的伤害更为严重。因此，开发一种灵敏、快速检测气相中甲醛含量的技术具有十分重要的意义。

目前，最常见用于检测甲醛的方法主要是分光光度法、质谱、傅里叶红外光谱分析、高效液相色谱(HPLC)和气相色谱(GC)等。但大部分方法都需要体积大且价格昂贵的仪器，大大限制了其应用范围。在众多的检测技术中，荧光方法具有响应快速、操作简单、灵敏度高、选择性好的优点，符合目前甲醛的检测需求。Yoon实验小组和Han实验小组分别以氟硼二吡咯和氧杂蒽的伯胺化合物为荧光探针，利用伯胺与甲醛的席夫碱缩合反应实现了溶液中甲醛的检测。上述传感体系虽能实现对甲醛的有效传感，但存在着响应速度慢，很难实现对气体的实时在线检测等缺点。为了实时在线检测气体分子，Suslick等人将6种染料分子和伯胺修饰的高分子同时物理包载于聚乙二醇的三维网络结构中，制备成气相传感阵列，通过染料分子对体系pH值的显色变化，实现了对甲醛气体的气相传感；将有机小分子荧光探针物理包载于多孔材料中，不仅保留了有机小分子化合物自身所具备的优势，而且可以实现气体的实时在线检测。然而物理包载法制备的传感薄膜，多数存在荧光物种分布不均匀和气体分子的通透性问题，严重影响了化学传感器响应速度、灵敏度以及稳定性，极大的限制其在现实中的应用。因此，发展具有优良自组装特性的传感材料来满足现实的需求具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述制备传感薄膜方法所存在的缺点，提供了一种稳定性好、使用寿命长、灵敏度高的含有两亲性氟硼二吡咯衍生物的离子液体微阵列单分子层荧光传感薄膜，并为该荧光传感薄膜提供一种操作简便、反应条件温和的制备方法，以及该荧光传感薄膜对甲醛传感的应用。

解决上述技术问题所采用的技术方案是该含有两亲性氟硼二吡咯衍生物的离子液体微阵列单分子层荧光传感薄膜由下述方法制备而成：

1、制备具有平面结构的聚二甲基硅氧烷模板

将液态的聚二甲基硅氧烷预聚体与对应的固化剂按质量比12:1～8:1混合均匀，25～40℃真空脱气30～50分钟后，灌进用有序图案化的光刻胶板和平整玻璃组合成的模具中，60～80℃固化8～10小时，自然冷却至室温，将固化好的PDMS膜层从模具上小心地揭下，切掉四边无图案的区域，得到带有微观有序表面结构的PDMS模板。

2、制备具有亲疏水微区的金基底

真空条件下，在基质表面依次蒸镀5～10nm镉层和30～60nm金层，得到金基底；将3～6mmol/L巯基十一烷酸的乙醇溶液均匀地涂于PDMS模板有图案的表面上，待乙醇自然挥发完后，将此表面覆于金基底表面，轻轻按压1～2分钟，在金基底上印刷亲水性巯基十一烷酸单分子层，然后将PDMS模板从金基底上小心地揭下，用无水乙醇冲洗、氮气吹干；将3～6mmol/L十六硫醇的乙醇溶液均匀地涂于印刷亲水性巯基十一烷酸单分子层的金基底上，待乙醇自然挥发完后，用无水乙醇冲洗、氮气吹干，制成具有亲疏水微区的金基底。

3、制备含有两亲性氟硼二吡咯衍生物的离子液体微阵列单分子层荧光传感薄膜