本發(fā)明涉及一種由共價(jià)有機(jī)聚合物材料熒光傳感檢測(cè)信號(hào)分子H₂S的新方法，屬于熒光探針?lè)肿訖z測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，研究表明硫化氫(H₂S)分子是繼一氧化碳和一氧化氮之后的第三種內(nèi)源性氣體信號(hào)分子，具有復(fù)雜的生物學(xué)活性，在臨床研究及治療應(yīng)用中，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。內(nèi)源性的硫化氫主要是由含硫的氨基酸(如半胱氨酸Cys及其衍生物)在胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)，3-巰基丙酮酸硫基轉(zhuǎn)移酶和胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase，CSE)的催化作用下產(chǎn)生的。適量的硫化氫不僅能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)內(nèi)分泌，還能夠血管平滑肌，并且起到保護(hù)胃黏膜，減小腸道壓力的作用。但是，過(guò)量硫化氫會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生危害，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)，以及心臟、腦等多個(gè)器官，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致多種疾病，比如老年癡呆癥，唐氏綜合癥，糖尿病，肝硬化等。因此，檢測(cè)硫化氫對(duì)臨床研究和治療應(yīng)用等有著重要的生理意義。

目前，檢測(cè)硫化氫的方法有多種，如光譜分析法、亞甲基藍(lán)分光光度法，電化學(xué)法，氣相色譜法、比色法、高效液相色譜法(HPLC)、毛細(xì)管電泳法、金屬誘導(dǎo)硫沉積法等。其中有的方法操作繁瑣，需要對(duì)樣品的進(jìn)行預(yù)處理；有的則測(cè)試儀器價(jià)格昂貴，普及度低。熒光分析法操作簡(jiǎn)便，信號(hào)直觀、靈敏度高、選擇性好，實(shí)時(shí)原位檢測(cè)，因此，得到人們的極大的關(guān)注。

共價(jià)有機(jī)材料(Covalent Organic Materials,COMs)近年來(lái)由于其比表面積大、多孔且尺寸可調(diào)等優(yōu)異性能，在氣體存儲(chǔ)、催化反應(yīng)、氣體分離以及電磁等方面得到了越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用。同時(shí)，共價(jià)有機(jī)材料因含有豐富的共軛結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)越的熒光性質(zhì)。共價(jià)有機(jī)材料傳感檢測(cè)金屬離子、爆炸物和小分子物質(zhì)等的報(bào)告較多。劉小明課題組報(bào)道的吖嗪-連接的COF-JLU3可以熒光選擇性檢測(cè)Cu²⁺(X.Liu.,et.al..Chem.Commun.,2016,52,6613--6616)；馮守華課題組報(bào)道了一種多孔有機(jī)聚合物材料POP-HT，這種材料能夠利用熒光猝滅定量檢測(cè)Fe³⁺，同時(shí)又能夠利用熒光增強(qiáng)檢測(cè)二惡烷(S.Feng.,et.al.ACS Appl.Mater.Interfaces 2016,8,24097-24103)；Banerjee等人通過(guò)簡(jiǎn)單的液相剝離方法制成了COF納米層材料(TpBDH和TfpBDH)，用于檢測(cè)硝基爆炸物(Banerjee,et.al.Chem.Sci.,2015,6,3931–3939)。與COF材料相比，同屬于COM材料的共價(jià)有機(jī)聚合物材料(Covalent organic Polymer,COP)含有更加豐富的π-π共軛結(jié)構(gòu)而具有良好的熒光性質(zhì)，且其水熱穩(wěn)定性高，可以用于熒光檢測(cè)。之前，我們組也報(bào)道過(guò)一些關(guān)于熒光傳感檢測(cè)的文章。2012年，向中華等人報(bào)道了三種COP材料(COP-2,COP-3，COP-4)可以用來(lái)傳感檢測(cè)爆炸物和小分子物質(zhì)(Macromol.Rapid Commun.2012,33,1184-1190)。桑楠楠等合成了兩種COP材料(COP-301和COP-401)，可以高效傳感檢測(cè)苦味酸PA(Sang.,et.al.J.Mater.Chem.A,2015,3,92–96)。COP材料具有穩(wěn)定性高，多孔性以及溶劑穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，作為熒光材料具有很大的應(yīng)用潛力，到目前為止未見(jiàn)COP材料關(guān)于檢測(cè)H₂S的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述的研究現(xiàn)狀而提供一種具有熒光的COP材料。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是這種COP材料能夠檢測(cè)任意狀態(tài)下的H₂S。

本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題是找到一種熒光COP材料能夠敏感性同時(shí)又能夠選擇性檢測(cè)H₂S。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種熒光共價(jià)有機(jī)聚合物材料的制備方法，包括以下步驟：

將催化劑雙-(1,5-環(huán)辛二烯)鎳(Ni(cod)₂)和2,2’-聯(lián)吡啶在無(wú)水無(wú)氧條件下加入N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入1,5-環(huán)辛二烯，均勻攪拌半個(gè)小時(shí)，然后向溶液中分別加入配體2,6-二溴吡啶(簡(jiǎn)稱2,6-DP)與2,4,6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪(TBT)，60～150℃下反應(yīng)6～24個(gè)小時(shí)。冷卻至室溫，向反應(yīng)后的混合溶液中逐滴加入鹽酸，經(jīng)過(guò)一系列的攪拌、過(guò)濾、洗滌、干燥即可得到熒光共價(jià)有機(jī)聚合物COP-409材料。

n為5-50000。

優(yōu)選催化劑雙-(1,5-環(huán)辛二烯)鎳(Ni(cod)₂)、2,2’-聯(lián)吡啶、1,5-環(huán)辛二烯、2,6-二溴吡啶(簡(jiǎn)稱2,6-DP)、2,4,6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪(TBT)的摩爾比為：(1-99):(1-99)(1-80):(0.05-20):(0.05-20)。

過(guò)濾使用真空過(guò)濾裝置；洗滌固體部分分別使用三氯甲烷、四氫呋喃和去離子水等洗滌；干燥是在真空干燥箱中80～240℃下干燥一段時(shí)間。

本發(fā)明得到的COP-409材料的應(yīng)用，作為探針材料用于選擇性檢測(cè)S^2-或H₂S。它能夠在其它陰離子存在的情況下選擇性檢測(cè)S^2-(H₂S在所述的溶液或分散液中也同樣檢測(cè)到)。

通過(guò)將熒光共價(jià)有機(jī)聚合物COP-409材料分散或溶于有機(jī)溶劑中，然后將不同種類的陰離子鈉鹽溶液加入到COP-409材料分散液中，使用熒光分光光度計(jì)測(cè)量熒光光譜，記錄熒光光譜的熒光強(qiáng)度；通過(guò)熒光光譜數(shù)據(jù)以及紫外燈照射驗(yàn)證熒光共價(jià)有機(jī)聚合物COP-409材料能夠選擇性的傳感檢測(cè)S^2-或H₂S。優(yōu)選最終檢測(cè)體系中陰離子鈉鹽的濃度相同。

將幾種不同種類的陰離子鈉鹽，其中包括含S^2-的物質(zhì)(如NaHSO₃,NaIO₃,NaSCN,NaNO₃,NaCl,NaBr,Na₂SO₄,NaF,Na₃PO₄,NaI,Na₂CO₃,Na₂S等)溶于有機(jī)溶劑中，配置成陰離子溶液(濃度優(yōu)選為0.1M)。同時(shí)，配置濃度為(0.1～0.5)mg/mL的COP-409材料有機(jī)分散液或有機(jī)溶液。將一定量的不同的陰離子溶液分別加入COP-409材料有機(jī)分散液或有機(jī)溶液中得到陰離子-COP材料溶液，使陰離子的濃度達(dá)到1mM。

COP-409材料熒光傳感檢測(cè)S^2-或H₂S分子的過(guò)程為：首先，使用熒光分光光度計(jì)檢測(cè)空白樣品COP-409-分散液或溶液的熒光發(fā)射光譜，通過(guò)不斷地激發(fā)-發(fā)射過(guò)程，找到一個(gè)最佳激發(fā)波長(zhǎng)λex即熒光強(qiáng)度最大的位置，并以此作為激發(fā)波長(zhǎng)檢測(cè)陰離子-COP材料；將待檢測(cè)的陰離子溶液加入到COP-409-分散液或溶液中充分溶解后，將陰離子-COP材料分散液加入到比色皿中，使用熒光分光光度計(jì)檢測(cè)陰離子；每次重復(fù)操作使用的熒光分光光度計(jì)的條件一致。

熒光分光光度計(jì)的測(cè)試條件優(yōu)選，電壓220～700V，狹縫寬度為5mm。

本發(fā)明制備出的具有熒光性質(zhì)的共價(jià)有機(jī)聚合物探針材料，在其他物質(zhì)存在的情況下能夠選擇性地傳感H₂S和S^2-。本檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)便，信號(hào)直觀、靈敏度高、選擇性好，可實(shí)時(shí)原位檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1中材料COP-409在甲醇中的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜圖。

圖2為實(shí)施例1中材料COP-409檢測(cè)不同陰離子的熒光強(qiáng)度對(duì)比柱狀圖。

圖3為實(shí)施例1中材料COP-409檢測(cè)S^2-離子在紫外燈下的熒光圖片效果圖。

圖4為實(shí)施例2中材料COP-409對(duì)S^2-的選擇性檢測(cè)。

圖5為實(shí)施例2中材料COP-409對(duì)S^2-選擇性檢測(cè)的熒光效果圖，在紫外燈下照射。

圖6為實(shí)施例3中材料COP-409對(duì)S^2-的體外檢測(cè)。

具體實(shí)施方案

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)驗(yàn)藥品除特別說(shuō)明外，均來(lái)源于商業(yè)渠道(Alfa Aesar,Sigma Aldrich，成都愛(ài)斯特公司)，且沒(méi)有進(jìn)一步提純，其中所用1，5-環(huán)辛二烯用GaH₂干燥，提純后的DMF指的是經(jīng)過(guò)除水除氧后的DMF；

實(shí)施例1：

第一步：將4.09mmol的雙(1,5-環(huán)辛二烯)鎳和4.09mmol的2,2’-聯(lián)吡啶加入圓底燒瓶中，然后加入65ml純化后的DMF，再加入3.96mmol的1,5-環(huán)辛二烯，40℃下攪拌混合物，直至完全溶解。在上述得到的紫色溶液中加入0.471mmol的有機(jī)配體2,6-DP和0.314mmol的TBT。在80℃下反應(yīng)10個(gè)小時(shí)。溶液冷卻至室溫后，在深紫色溶液中逐滴加入一定量的濃鹽酸，直至溶液變?yōu)闇\綠色透明溶液。一段時(shí)間后，使用真空過(guò)濾裝置過(guò)濾溶液，分別使用三氯甲烷、四氫呋喃和去離子水洗滌，目的是洗掉未反應(yīng)的配體、催化劑以及其他物質(zhì)等。最后，在真空干燥箱中200℃下，干燥24小時(shí)，即得到固體COP-409粉末。

第二步：配置濃度為2mg/10ml的COP-409材料的甲醇分散液。將質(zhì)量為0.02g的共價(jià)有機(jī)聚合物COP-409分散于100ml的甲醇中，超聲，直至分散均勻，備用。同時(shí)，將不同種類的鈉鹽(NaHSO₃,NaIO₃,NaSCN,NaNO₃,NaCl,NaBr,Na₂SO₄,NaF,Na₃PO₄,NaI,Na₂CO₃,Na₂S)溶于甲醇中，配置成濃度為0.1M的陰離子溶液，備用。備注：Na₂S溶于甲醇產(chǎn)生H₂S，即檢測(cè)S^2-等同于H₂S的檢測(cè)。

第三步：將一定量的陰離子溶液分別加入到3ml的COP-409-甲醇分散液中，配置成不同的COP-409-陰離子-甲醇分散液，其中陰離子溶度保持在1mM濃度。備用，測(cè)熒光。

第四步：將第二步配好的COP-409-甲醇分散液放入比色皿中，使用熒光分光光度計(jì)測(cè)量其熒光光譜，通過(guò)重復(fù)激發(fā)-發(fā)射操作，確定其最大激發(fā)波長(zhǎng)，和最大發(fā)射波長(zhǎng)。然后，分別測(cè)定第三步配好的COP-409-陰離子-甲醇分散液得熒光發(fā)射光譜，記錄其熒光強(qiáng)度的最大值。

COP-409-甲醇的熒光激發(fā)光譜和發(fā)射光譜如圖1所示。在熒光光譜圖中，可以明顯的觀察到材料COP-409在甲醇中的最大激發(fā)波長(zhǎng)是372nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)位于432nm。不同的COP-409-陰離子-甲醇的熒光強(qiáng)度對(duì)比柱狀圖如圖2所示。COP-409中加入其它陰離子，熒光強(qiáng)度基本無(wú)變化或者變化很小，當(dāng)加入S^2-之后，熒光強(qiáng)度有一個(gè)明顯的減小，發(fā)生了熒光猝滅。COP-409加入S^2-前后在紫外燈下的熒光效果圖如圖3所示?？梢钥闯?，加入S^2-之后，COP-409的熒光圖變得很暗，光的強(qiáng)度很低，有一個(gè)明顯的猝滅。這說(shuō)明，這種COP材料能夠檢測(cè)S^2-，同時(shí)也意味著COP-409能夠檢測(cè)H₂S。

實(shí)施例2：

制備方法和實(shí)驗(yàn)條件基本同實(shí)施例1，不同之處在于第三步，將幾種不同的陰離子同時(shí)加入到COP材料中，然后再加入S^2-，測(cè)定熒光光譜圖。如圖4所示為在COP-409-甲醇中同時(shí)加入相同濃度的HSO₃^-,IO₃^-,SCN^-,NO₃^-,Cl^-,Br^-,SO₄^2-,F^-,PO₄^3-,I^-,CO₃^2-之后的熒光光譜和在此基礎(chǔ)上再加入S^2-之后熒光光譜對(duì)比圖。圖5是在紫外燈下的熒光效果圖片，可以明顯看出，即使在其他陰離子存在的情況下，COP-409也能夠明顯的檢測(cè)出S^2-，即H₂S。

實(shí)施例3:

制備方法和實(shí)驗(yàn)條件基本同實(shí)施例1，不同之處在于第二步，選用半胱氨酸(Cys)、谷胱甘肽(GSH)和Na₂S作為被檢測(cè)物質(zhì)，濃度都為1mM，使用COP-409作為熒光探針檢測(cè)。如圖6所示為，COP-409檢測(cè)這幾種物質(zhì)的熒光光譜圖?？梢钥闯觯鄬?duì)Cys和GSH來(lái)說(shuō)，COP-409對(duì)H₂S有一個(gè)更好的選擇性猝滅效果，能夠選擇性檢測(cè)H₂S。