壬基酚分子印迹二维光子晶体水凝胶传感器

doi:10.7503/cjcu20220757

摘要/Abstract

摘要：

以聚苯乙烯二维光子晶体为模板, 壬基酚(NP)为印迹分子, 甲醇为溶剂, 甲基丙烯酸为功能单体, 二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂(EGDMA), 2,2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)为引发剂, 经紫外光引发聚合, 得到了可特异性识别壬基酚的分子印迹二维光子水凝胶传感器. 通过测量德拜衍射环直径(D)的变化(ΔD)来判断传感器的响应性能. 实验结果表明, 在壬基酚溶液中, 水凝胶的体积膨胀导致凝胶中光子晶体的粒子间距增大, 德拜衍射环直径减小. 随着溶液中NP的浓度从0增加到1×10^‒5 mol/L, 德拜衍射环的直径减小了8.0 mm, 相应的光子晶体的颗粒间距增加了25.1 nm. 在1×10^-13~1×10^-8 mol/L范围内, 德拜衍射环直径的变化与壬基酚浓度的对数值(lgc)呈线性关系, 制备的传感器检出限低至1×10^‒13 mol/L, 具有较高的灵敏度、良好的特异性识别能力和稳定的可重复利用性, 并且可以实现对壬基酚的可视化检测.

关键词: 壬基酚, 分子印迹, 二维光子晶体, 水凝胶, 德拜衍射环

Abstract:

A molecularly imprinted two-dimensional photonic hydrogel sensor that can specifically recognizes nonylphenol（NP） was obtained by UV photoinitiated polymerization using polystyrene two-dimensional photonic crystal as template， NP as imprinted molecule， methanol as solvent， methacrylic acid as functional monomer， ethylene glycol dimethacrylate（EGDMA） as crosslinker， and 2，2-diethoxyacetophenone（DEAP） as initiator. The response performance of the sensor was determined by measuring the change in the diameter of the Debye diffraction ring（ΔD）. In the NP solution， the volume expansion of the hydrogel leads to the increase of the particle spacing of the photonic crystal in the gel， which leads to the decrease of the diameter of Debye diffraction ring. As the concentration of NP in the solution increases from 0 to 1×10^‒5 mo/L， the diameter of Debye diffraction ring decreases by 8.0 mm， and the particle spacing of the corresponding photonic crystal increases by 25.1 nm. In the NP concentration range of 1×10^‒13—1×10^‒8 mol/L， the change of Debye diffraction ring is linearly related to the logarithm value of NP concentration（lgc）. In addition， the detection limit of NP molecularly imprinted two-dimensional photonic crystal hydrogel sensor is as low as 1×10^‒13 mol/L， which has high sensitivity， good specificity recognition ability and stable reusability， and can realize the visual detection of nonylphenol.

Key words: Nonylphenol, Molecular imprinting technology, Two-dimensional photonic crystal, Hydrogel, Debye diffraction ring

中图分类号:

O657

TrendMD:

王刚, 刘根起, 赵伶俐, 王越, 刘莉莎, 孙辰昕, 马晓燕. 壬基酚分子印迹二维光子晶体水凝胶传感器. 高等学校化学学报, 2023, 44(6): 20220757.

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图/表 11

Fig.1 Front view(A, C) and cross section(B, D) images of photonic crystal template(A, B) and NP⁃MIPCH(C, D)Insets：（A） picture of 2D-PC；（C） picture of NP-MIPCH.

Fig.2 Changes of NP⁃MIPCH and NIPCH Debye diffraction ring(D) with NP concentration(A), variation of NP⁃MIPCH and NIPCH particle spacing with concentration(B) and linear fitting between the change of NP⁃MIPCH Debye diffraction ring(ΔD) and lgc(NP)(C)

Fig.3 Diffraction spectra of NP⁃MIPCH with different NP concentrations

Fig.4 Changes of NP⁃MIPCH Debye diffraction ring(A) and NP⁃MIPCH color(B) with NP concentrationsc(NP)/(mol·L-1) from left to right: 0, 1×10‒13, 1×10‒8, 1×10‒5.

Fig.5 Response time of nonylphenol molecularly imprinted photonic crystal hydrogel sensor

Fig.6 Effect of crosslinking density on response performance of NP⁃MIPCH sensor

Fig.7 NP⁃MIPCH response with different imprint ratios

Fig.8 Specific selectivity of NP⁃MIPCH sensor to NP analogues with different concentrations

Fig.9 Reusability of NP⁃MIPCH sensor

Table 1 Comparison between NP-MIPCH sensor and other detection methods

Method	Linear range/（mol∙L^‒1）	Limit of detection/（mol∙L^‒1）	Ref.
Electrochemical	5×10^‒8—5×10^‒6	1×10^‒8	［4］
HPLC	4.54×10^‒7—4.54×10^‒4	4.54×10^‒7	［5］
GC⁃MS	2.27×10^‒8—4.54×10^‒6	1.14×10^‒8	［25］
HPLC⁃MS/MS	2.27×10^‒9—4.54×10^‒7	2.27×10^‒9	［26］
NP⁃MIPCH sensor	1×10^‒13—1×10^‒8	1×10^‒13	This work

Table 2 Recovery of NP-MIPCH sensor in lake water and tap water

Sample	Spiked concentration/（mol∙L^‒1）	Found concentration/（mol∙L^‒1）	Recovery（%）
Lake water	1×10^‒13	1.02×10^‒13	102.3
	1×10^‒11	0.93×10^‒11	93.5
	1×10^‒10	0.94×10^‒10	93.7
	1×10^‒8	0.96×10^‒8	95.7
Tap water	1×10^‒13	0.93×10^‒13	93.3
	1×10^‒11	0.91×10^-11	91.2
	1×10^‒10	1.09×10^‒10	109.6
	1×10^‒8	1.05×10^‒8	104.7

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