本發明涉及手性向列結構的分子印跡檢測膜，特指一種結合液晶纖維素和分子印跡技術的方法，制備出對磺胺分子的印跡檢測膜，屬材料制備技術和檢測技術領域。

背景技術：

磺胺類抗菌藥是一種僅次于抗生素的第二類抗菌藥物。它通過抑制菌體中葉酸的合成來控制細菌的繁殖，因此廣泛應用于人類醫藥和獸類飼料添加劑。此外這類藥物大多來源于人工合成，因此成本低廉，經濟價值高。長期以來，磺胺類藥物在人類生產生活和社會進步中扮演著重要的角色，如消炎止痛，抗腫瘤，抗癌等。然而，大量且長期使用沉積河道混入水體，污染水質，和人體濫用造成耐藥性增強危害人體健康的問題日益嚴重。因此，合理和有效的監控此類污染物的擴張是非常重要的事情。雖然人類已經開發出許多有效和精確的磺胺檢測方法，如高效液相，質譜聯用微萃取，光譜分析等，但這些檢測分析手段都需借助大型儀器設備，檢測過程繁瑣且成本較高。因此開發一種新穎高效且成本低廉的檢測方法將是一件大事。這里我們用液晶纖維素作為檢測基體，借用分子印跡手段，制備出一種手性向列結構的磺胺分子印跡膜，通過材料表面折射光變化來達到分析檢測磺胺目標物的目的。

液晶纖維素是一種天然高分子，材料來源廣泛，制備簡單，同時它們往往可以通過自組裝形成規則有序的向列結構，展現豐富的光學特性，憑借此特性我們選其作為光檢測基體。分子印跡技術是一種基于抗原抗體選擇性響應發展起來的技術，它利用模板分子與單體之間的共價鍵作用，從而實現材料自身對模板分子的親和可識別性作用。以此，我們將分子印跡聚合物引入液晶纖維素，結合兩者特點制備出一種手性向列的分子印跡聚合物膜。分子印跡的選擇性識別引起材料自身手性向列結構變化，即材料表面折光變化，從而達到目標物檢測目的。這里我們選用的材料來源廣泛，無毒無害易降解，成本低廉。同時光學變化效果明顯，且易于人體信號捕捉。因此這是一種新穎高效的分析檢測方法。

技術實現要素：

本發明以液晶自組裝結合分子印跡技術為制備手段，制備出一種手性向列的分子印跡檢測膜。

本發明采用的技術方案是：

一種可視化磺胺分子印跡檢測膜的制備方法，按照下述步驟進行：

步驟1、納米晶纖維素(ncc)的制備：

用50wt％的硫酸溶液將5g市售棉花(每克棉花對應8.5ml的硫酸溶液)在溫度為45℃的恒溫條件下酸催化水解2h，其間應持續攪拌；將水解懸濁液用自身8-10倍體積的去離子水稀釋冷卻抑制水解過程，攪勻靜置過夜沉淀分層；最后，去除上清液，離心分離下層懸濁液，將得到的粘稠混合物轉入到透析袋(11000-14000)中透析，得到納米晶纖維素懸濁液；

步驟2、磺胺樹脂印跡前驅體聚合物的合成：

向熔融狀態的苯酚中加入naoh溶液，攪拌，再加入甲醛和磺胺，得到混合液a，加熱反應，得到預聚液；用鹽酸將預聚液調至中性，真空干燥得到粘稠狀前驅體混合物，用乙醇溶解混合物時析出nacl固體，濾紙過濾很容易去除固體鹽；最后，揮發溶劑得到磺胺印跡前驅體聚合物，用乙醇/水混合溶液(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的磺胺樹脂印跡前驅體混合液，待用；

步驟3、手性向列磺胺分子印跡復合膜的制備：

將步驟1的納米晶纖維素懸濁液超聲脫氣，再與步驟2的磺胺樹脂印跡前驅體混合液混合，室溫條件下攪拌得到混合液b，持續攪拌反應，將混合液b倒入盤子中晾干成膜；最后將膜轉入到75℃烘箱中熱聚合；

步驟4、可視化磺胺分子印跡檢測膜的制備：

將步驟3中熱聚合后的復合膜置于兩種洗脫溶液中進行洗脫操作，使得纖維素和磺胺分子移除；洗脫后將膜用去離子水清洗浸泡，晾干后得到可視化磺胺分子印跡檢測膜。

步驟1中，每克市售棉花所使用的硫酸溶液為8.5ml，硫酸溶液的濃度為50wt％；所述的恒溫條件為45℃，所述催化水解的時間為2h；所使用的透析袋的截留分子量為11000-14000；所得到的納米晶纖維素懸濁液的ph通過透析作用調節到2.4，調控濁液體積使濃度為3.8wt％。

步驟2中，制備混合液a時，所使用的苯酚、naoh溶液、甲醛和磺胺的用量比為0.13g:130μl:1.05g:100mg；所述加熱反應的溫度為72-75℃，反應時間為1h；所述的鹽酸為0.6m；所述乙醇/水混合溶液中，乙醇和水的體積比為15:85；所述磺胺樹脂印跡前驅體混合液的濃度為40wt％。

步驟3中，所述納米晶纖維素懸濁液與磺胺樹脂印跡前驅體混合液的體積比為10ml：300-500μl；所述超聲脫氣的時間為20min；持續攪拌反應的時間為4h；熱聚合的時間為24h。

步驟4中，所述洗脫操作的步驟如下：先用16％的naoh的混合溶液洗脫納米晶纖維素，洗脫時間為7-12h，洗脫溫度為70℃；再用甲醇/乙酸混合溶液超聲洗脫時間九次，每次30min并換洗脫液，所述甲醇/乙酸混合溶液中，甲醇和乙酸的體積比為3:1。

所述可視化磺胺分子印跡檢測膜用于檢測磺胺，步驟如下：

配制一系列飽和濃度的抗菌藥物溶液磺胺甲惡唑，磺胺甲噻唑，磺胺嘧啶鈉，四環素，青霉素，諾氟沙星。將檢測膜材料(1×1cm)放置于干凈的表面玻璃皿中編號1，2，3，4，5，6。每個表面皿中加入1ml的分析物溶液靜態吸附30min。

利用本發明采用液晶自組裝結合分子印跡技術中合成制備出可視化磺胺分子印跡復合膜，去模板后顯示出獨特的光學檢測特性，且對磺胺分子具有選擇性光學識別。

利用分子印跡技術結合液晶纖維素導向蒸發自組裝技術，實現手性向列膜結構構建，去模板后，磺胺印跡位點分布在手性向列膜結構上，選擇性識別吸附引起材料結構變化，進一步轉化為光信號變化即材料表面折射光變化，從而達到分析檢測磺胺目標物目的。分子印跡技術因其特異性選擇的特點被廣泛應用，本制備方法選用具有豐富的羥基和醚鍵的酚醛樹脂做功能單體交聯聚合，從而實現對磺胺分子的印跡效果。液晶纖維素天然的有序向列結構為其光學檢測提供承載，其易于混合導向，制備成本低廉，光特性效果較好。可視化磺胺分子印跡檢測膜使得印跡膜特異性識別的信號，轉化為材料結構變化，進而轉化為顏色信號以達到肉眼可見變化。本方法優于常規檢測方法操作復雜，成本昂貴，特殊檢測材料單一高成本，不易規模化生成特征。

本發明的技術優點：

其優點在于，液晶光學響應性和分子印跡選擇性相結合，本發明制備的材料不僅兼具二者的優點，而且之間相互耦合協同；材料以膜結構的形式構建，便于操作，后期易回收；基于顏色變化實現對磺胺分子的可視化光響應檢測，方便快捷，無需電池大型儀器設備操作成本；選擇性的針對三種磺胺類，都具有識別效應。

用來源廣泛的液晶纖維素做檢測基體，室溫蒸發自組裝成規則向列膜結構；分子印跡技術的選擇性識別特性；由復雜微觀信號向宏觀可視化信號轉變應用于檢測污染目標分子的問題。

附圖說明

圖1：為實施例1的純的ncc成膜后的實圖，膜表面顯示多彩色澤；

圖2：為實施例1的磺胺分子印跡復合膜的實圖，膜材料顯示淡黃色折光；

圖3：為實施例1的磺胺分子印跡復合膜的掃描圖；

圖4：為實施例1的可視化磺胺分子印跡檢測膜的實圖，膜材料顯示紅色的折光；

圖5：為實施例1的可視化磺胺分子印跡檢測膜的掃描圖；

圖6：為實施例2中磺胺分子印跡復合膜洗脫前后的紅外對比圖，a為磺胺分子印跡復合膜，表示洗脫前，b為可視化磺胺分子印跡檢測膜，表示洗脫后；

圖7：為實施例2中可視化磺胺分子印跡檢測膜的柔韌性和機械性能測試圖；

圖8：為實施例2吸附平衡光響應實驗圖，從圖中可以看出可視化磺胺分子印跡檢測膜對不同磺胺分子濃度的光響應特性；

圖9：為實施例2選擇性識別實驗圖。

具體實施方式

下面結合具體實施實例對本發明做進一步說明。

實施例1：

(1)制備納米晶纖維素(ncc)，通過離心和透析過程調節ncc的ph為2.4，濃度為3.8wt％。

(2)合成磺胺樹脂印跡前驅體聚合物，用乙醇和水的混合溶劑(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的混合液待用。

(3)將步驟(1)中的ncc懸濁液超聲脫氣20min后，吸取10ml的ncc于25ml圓底燒瓶中,逐滴加入300μl步驟(2)中的樹脂印跡前驅體聚合物溶液，在室溫下攪拌反應4h。置于22℃恒溫水浴中晾干成膜，即磺胺分子印跡復合膜。

(4)將膜材料放置于16％的氫氧化鈉的洗脫溶液中，70℃恒溫水浴中洗脫7-12h。取出后先用大量的水沖洗浸泡，接著用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超聲洗脫9次。最終得到手性向列磺胺分子的印跡檢測膜，即可視化磺胺分子印跡檢測膜。

(5)純的ncc成膜后的照片如圖1所示，從圖中可以看出由于納米晶纖維素的自組裝形成規整手性向列結構導致膜表面顯示多彩色澤。

(6)磺胺分子印跡復合膜如圖2，ncc加入樹脂前驅體后，構建的膜材料反射淡黃色光澤,印跡前驅體的引入使其折光性變化，即淡黃色折光，同時也進一步說明手性向列結構的構建成功應用于印跡聚合物。

(7)磺胺分子印跡復合膜的截面掃描電子顯微鏡如圖3，有序多層狀規則的微結構是存在的，從圖可以看出多層結構的建立是手性向列結構存在的有利證明。

(8)可視化磺胺分子印跡檢測膜如圖4所示，移除模板的處理后，膜材料反射紅色的光澤。

(9)可視化磺胺分子印跡檢測膜的柔韌性實圖如圖5所示，膜結構的有序多層結構依然存在，說明模板處理并為改變結構特征，同時進一步驗證有序的結構決定了材料表面反射光澤。

實施例2：

(1)制備納米晶纖維素(ncc)，通過離心和透析過程調節ncc的ph為2.4，濃度為3.8wt％。

(2)合成磺胺樹脂印跡前驅體聚合物，用乙醇和水的混合溶劑(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的混合液待用。

(3)將步驟(1)中的ncc懸濁液超聲脫氣20min后，吸取10ml的ncc于25ml圓底燒瓶中,逐滴加入400μl步驟(2)中的樹脂印跡前驅體聚合物溶液，在室溫下攪拌反應4h。置于22℃恒溫水浴中晾干成膜，即磺胺分子印跡復合膜。

(4)將(3)膜放置于16％的氫氧化鈉的洗脫溶液中，70℃恒溫水浴中洗脫7-12h。取出后先用大量的水沖洗浸泡，接著用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超聲洗脫9次。最終得到手性向列磺胺分子的印跡檢測膜，即可視化磺胺分子印跡檢測膜。

(5)磺胺分子印跡復合膜脫前后的紅外圖對比圖如圖6所示，箭頭所指的分別為ncc和磺胺的特征峰位置，cr膜和dr膜相比，特征峰消失，說明ncc和磺胺模板分子已經被洗脫掉，模板從向列結構中移除了，從而證實了印跡結構膜制備成功了。

(6)可視化磺胺分子印跡檢測膜柔韌性和機械性能測試如圖7所示，從圖中可以看出洗脫后的印跡檢測膜展現良好的柔韌性，這也源自模板被去除干凈；不同程度的彎曲且能恢復原狀態，說明膜材料具有良好的柔韌性和透光特征。

實施例3：

(1)制備納米晶纖維素(ncc)，通過離心和透析過程調節ncc的ph為2.4，濃度為3.8wt％。

(2)合成磺胺樹脂印跡前驅體聚合物，用乙醇和水的混合溶劑(15/85v/v％)溶解配置成40wt％的混合液待用。

(3)將步驟(1)中的ncc懸濁液超聲脫氣20min后，吸取10ml于25ml圓底燒瓶中,逐滴加入500μl步驟(2)中的樹脂印跡前驅體聚合物溶液，在室溫下攪拌反應4h。置于22℃恒溫水浴中晾干成膜，即磺胺分子印跡復合膜。

(4)將膜材料放置于16％的氫氧化鈉的洗脫溶液中，70℃恒溫水浴中洗脫7-12h。取出后先用大量的水沖洗浸泡，接著用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超聲洗脫9次。最終得到手性向列磺胺分子的印跡檢測膜，即可視化磺胺分子印跡檢測膜。

(5)將制備的檢測膜材料用于磺胺分子光響應性實驗。

取磺胺分子配置成一系列不同濃度的標準液(純水，0.2，0.8，1,2,4,6,8,10mg/l)。將檢測膜材料(1×1cm)放置于干凈的表面玻璃皿中編號1，2，3，4，5，6，7，8，9。每個表面皿中加入1ml的不同溶度的分析物溶液靜態吸附30min，然后在固體紫外近紅外儀上測量其反射率特性曲線，觀察其光轉移特性曲線變化。圖8中數據處理結果顯示該分子檢測膜對磺胺分子的最大光響應波長轉移為27.5nm。

(6)將制備的檢測膜材料用于抗菌藥中選擇性實驗

配制一系列飽和濃度的抗菌藥物溶液磺胺甲惡唑(smz)，磺胺甲噻唑(smtz)，磺胺嘧啶鈉(sd-na)，四環素，紅霉素，諾氟沙星。將檢測膜材料(1×1cm)放置于干凈的表面玻璃皿中編號1，2，3，4，5，6。每個表面皿中加入1ml的分析物溶液靜態吸附30min。結果顯示此印跡檢測膜對磺胺分子具有明顯的選擇性光響應。圖9為選擇性實驗結果，從圖中的光轉移波長變化圖和附圖實物，可以看出此檢測膜對磺胺類具有明顯的光檢測特性，在附圖中顯示，三種磺胺類引起的折光變化為由紅色變為黃色，這種光響應是肉眼可見的。相反另外三種抗菌藥不能引起此現象。

所述實施例為本發明的優選的實施方式，但本發明并不限于上述實施方式，在不背離本發明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發明的保護范圍。