[发明专利]多波段聚芳醚腈荧光微球的制备及其金属离子检测应用

说明书

一种多波段荧光发射聚芳醚腈复合微球的制备及其金属离子检测应用，属于高分子荧光微球分析技术领域。所述复合微球包括聚芳醚腈微球，以及包埋于聚芳醚腈微球内部的红光量子点和绿光量子点，聚芳醚腈微球的粒径为200～800nm，聚芳醚腈、红光量子点和绿光量子点的质量比为1：(0.01～0.1)：(0.01～0.1)。本发明通过乳液共组装的方式将绿光和红光发射的油溶性量子点封装于具有本征蓝光发射的两亲性聚芳醚腈嵌段共聚物中，得到具有多波段发射特性的聚合物复合微球，其方法简单易行，且可通过乳液条件调控微球尺寸。

技术领域

本发明属于高分子荧光微球分析技术领域，具体涉及一种多波段荧光发射聚芳醚腈复合微球的制备方法及其在多元金属离子检测领域的应用。

背景技术

量子点(QD)是一种具有独特光电特性的纳米材料。相较于传统有机发光染料，其具有宽的激发带、窄的发射带宽且可发光颜色丰富；此外，半导体量子点还具有量子产率高、荧光寿命长及抗光漂白能力强等优点。因此，QD在光电器件、分析检测、生物医学及催化领域具有较大的应用前景。然而，高质量的量子点通常为油溶性，极大地限制了其在水环境中的应用，因此对量子点表面进行修饰实现其水分散性是使得其在水体系中得以应用的必由之路。其中，聚合物封装油溶性纳米粒子形成微球成为了近年来可靠的方法之一，而目前用于封装油溶性量子点的聚合物主链多为全柔性链，且不具有功能性基团，使得聚合物对量子点的包埋稳定性较差且其后功能化受到限制或变得繁琐。

聚芳醚腈(PEN)是一种具有本征蓝光发射的特种功能高分子材料，由于其主链上含有大量的刚性苯环和柔性醚键，且侧链含有极性氰基，因此具有热稳定性好、耐化学腐蚀等优点。此外，PEN刚柔结构的组合使得其具有良好的分子可设计性、新颖的功能特性及丰富的组装能力，然而对PEN在组装领域的研究仍处于起步阶段。采用水包油的乳液组装方式，利用两亲性PEN中刚柔交替的疏水结构可有效地对疏水性纳米粒子进行封装，而同时在侧链引入的亲水基团则可进一步加强复合粒子在水相中的分散稳定性。

随着社会需求的提高及工业技术的发展，各种环境污染物随之产生，重金属污染即是一种典型的环境污染物。由于重金属离子难以降解、容易富集、生物毒性大，对生态系统和人类健康构成重大威胁；此外，通常的环境污染物中含有不止一种金属离子，因此开发可用于同时检测多种重金属离子的高灵敏性分析技术具有重要的研究意义与应用价值。尽管通过电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、阳极溶出伏安法、X射线荧光等方法可实现重金属离子的特异性高灵敏度检测，但上述方法存在样品前处理繁琐、设备复杂、检测耗时及需要专业技术人员操作等缺点，致使其检测工作只能局限于资源密集型的中心实验室进行。相比之下，基于荧光探针的荧光检测技术则具有操作简便、快速响应、灵敏度高、可多元检测的特点，是一类可用于资源受限环境的重金属离子检测的理想方法之一。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的不足，提出了一种多波段荧光发射聚芳醚腈复合微球的制备方法及在多元金属离子检测中的应用。本发明利用两亲性嵌段共聚聚芳醚腈的结构优势(本征蓝光及刚柔交替结构)，通过乳液溶剂挥发共组装的方式对绿光和红光发射的量子点进行了有效封装，得到了具有蓝、绿、红三波段荧光发射的聚芳醚腈复合微球，最后利用复合微球三个波段对金属离子响应程度的不同实现了对三种金属离子的高通量检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多波段荧光发射聚芳醚腈复合微球，其特征在于，所述聚芳醚腈复合微球包括聚芳醚腈微球，以及包埋于聚芳醚腈微球内部的红光量子点和绿光量子点，聚芳醚腈微球的粒径为200～800nm，聚芳醚腈、红光量子点和绿光量子点的质量比为1：(0.01～0.1)：(0.01～0.1)。

进一步地，所述聚芳醚腈为本征蓝光发射的两亲性聚芳醚腈嵌段共聚物。

优选地，所述聚芳醚腈的结构式如下：