荧光水凝胶的制备及其传感应用研究

作     者：饶春兴 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王艳芹

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：荧光水凝胶 传感检测 原位合成 长波长荧光 伤口愈合监测 

摘      要：近年来,荧光水凝胶是一种新型的高分子复合材料,其不仅包含可调节荧光性质的荧光团,而且具有亲水性三维交联网络结构的水凝胶基底。其可作为传感器用于检测相关目标对象,在环境与生命健康传感领域中发挥着巨大作用并受到研究人员的广泛关注。然而,在荧光水凝胶传感器的构建过程中,许多荧光水凝胶传感器是将获得的荧光团直接物理混溶至水凝胶基底中,这在一定程度上影响了荧光水凝胶在检测过程中的荧光性能,其中包括荧光外泄和分布不均匀。这两种因素均会影响荧光水凝胶传感器的检测重复性与精确性。此外,在实际传感应用中,水凝胶基底的蓝色背景荧光不仅降低了荧光水凝胶传感器在定量检测时的精确性,而且影响了其用于可视化传感时的分辨力。因此,针对上述问题,对荧光水凝胶传感器的制备与构建做出了如下工作:(1)构建原位合成的Cu响应荧光水凝胶传感器:本文通过原位合成法制备了一种可应用于环境Cu检测的荧光水凝胶传感器,命名为PVA-AuNCs荧光水凝胶。在其制备过程中,氯金酸与牛血清蛋白(BSA)作为荧光前驱体在聚乙烯醇(PVA)水凝胶基底内原位形成BSA稳定的金纳米簇(AuNCs),并通过循环冻融制备得到具有红色荧光发射的PVA-AuNCs荧光水凝胶。在此过程中,PVA聚合物链之间的氢键以及其与AuNCs之间的氢键为荧光水凝胶提供良好的力学支撑和荧光稳定基础,有效避免了由于直接物理掺杂所导致的AuNCs分布不均匀与外泄问题。此外,在Cu存在时,该方法制备的荧光水凝胶表现出明显的荧光猝灭,并具有良好的灵敏度和选择性。这对于荧光水凝胶在环境Cu传感的应用中具有重要价值。(2)构建具有长波长荧光发射的p H响应荧光水凝胶传感器:本文通过化学交联法制备了一种具有黄色荧光发射的多功能荧光水凝胶传感器,命名为CDs-QCS/PVA荧光水凝胶。其不仅具有良好的p H响应性,而且具有抗菌性能,在实时监测伤口愈合能力和预防伤口感染应用中具有重大潜力。为了避免水凝胶背景荧光信号的干扰以及提高检测时的可视化能力和精确性,本文通过双原子掺杂法,首先制备了一种新型的黄色荧光碳点(N,S-CDs)。其在p H为2-7间表现出良好的线性响应能力。此外,为了使荧光水凝胶获得伤口愈合的监测能力与预防伤口感染能力,一方面,将N,S-CDs引入水凝胶基底中,赋予荧光水凝胶p H响应的荧光信号(p H线性响应范围为3-9),避免了荧光水凝胶基底和生物组织的蓝色荧光干扰;另一方面,将壳聚糖季铵盐(QCS)加入至水凝胶基底中,赋予荧光水凝胶广谱抗菌性能(对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的抑制性),可有效地避免伤口感染。