自组装聚二乙炔囊泡的可视化检测应用

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可视化检测因具备直观、快速和低成本等优势被广泛应用于食品、生物和临床诊断等众多领域。聚二乙炔(Polydiacetylene,PDA)是由二乙炔(Diacetylene,DA)单体在紫外光照射下发生1,4-加成反应形成的共轭聚合物,因其在外界刺激下会发生颜色与荧光变化的特征,近年来被用于构建比色传感器实现对多种靶标的检测。PDA在水溶液中可以自组装为囊泡结构,这种PDA囊泡在有机溶剂(如乙醇)刺激或pH值变化的情况下,能够发生肉眼可见的颜色变化,并伴随着从没有荧光到发出红色荧光的变化。基于此,本论文合成了两种不同形态的PDA囊泡,研究了囊泡合成过程中实验条件对囊泡比色效果的影响,对合成的PDA囊泡进行了表征。最后,利用PDA囊泡的光学性质建立了对饮料酒中的乙醇含量和食品中尿素含量进行可视化检测的方法。具体研究结果如下:首先利用PDA囊泡对饮料酒中乙醇含量进行了可视化检测。采用两亲性的单体10,12-二十五碳二炔酸(10,12-pentacosadiynoic acid,PCDA)和辅助脂质成分二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(Dimyristoyl phosphatidylcholine,DMPC)设计制备了用于检测饮料酒中酒精度的PDA囊泡。由于乙醇对PDA囊泡结构的扰动和基团间相互作用,PDA囊泡发生变色反应,从无乙醇时的蓝色逐渐过渡到存在乙醇时的红色,同时产生荧光强度变化。通过动态光散射、紫外-可见光谱、Zeta电位和透射电子显微镜对PDA囊泡的结构和特性进行了表征,同时对囊泡的合成条件及乙醇检测条件进行了优化。结果表明,在30~90%vol乙醇浓度范围内,比色响应值(Colorimetric response,CR)与乙醇浓度具有良好的线性关系;在20~70%vol乙醇浓度范围内,荧光强度与乙醇浓度具有良好的线性关系。将比色法应用于实际酒样检测,相对标准偏差为1.45~2.23%,色度变化裸眼识别效果较好。其次考察了PDA囊泡响应pH变化的效果,并建立了对食品中尿素含量进行可视化检测的方法。通过改变合成PDA囊泡所需组分的摩尔比例,使囊泡结构发生一定变化,制备了能够响应pH值变化的PDA囊泡。该自组装PDA囊泡可在pH 8.5~12范围内响应pH变化,响应过程中出现由蓝色变至紫色再至红色的颜色变化,并伴随紫外-可见吸收光谱的变化。通过偶联脲酶对尿素的水解反应,以及水解产物氨所造成的溶液pH改变,利用该囊泡对尿素浓度进行了检测。结果表明,在尿素浓度为2~10 mmol·L-1浓度范围内,该囊泡的比色响应值与尿素浓度呈线性关系,尿素的肉眼检测限为1 mmol·L-1。在实际食品样品检测中,相对标准偏差为2.67~3.19%。本论文设计制备的PDA囊泡可实现对不同靶标的可视化检测,为新型传感器的开发提供了思路。同时,所建立的饮料酒中酒精度检测方法和食品中尿素含量检测方法具有可视化、操作高效便捷和响应迅速的优点,为这两种成分检测提供了有效手段,具有良好的实际应用价值。
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