一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶及其制备方法与应用。该方法步骤为：用丙烯酰氯改性木聚糖，得酰化木聚糖，用热水溶解得酰化木聚糖溶液，加入N‑异丙基丙烯酰胺，丙烯酰胺和交联剂，通氮气，加入光引发剂，混合，置于紫外辐射反应器中，室温下紫外照射，再于室温下封闭放置反应，洗涤润胀；将FeCl3·6H2O与FeSO4·7H2O溶于水中，将酰化木聚糖水凝胶放入此铁盐溶液中，通N2，取出变成黄色的水凝胶浸入氨水中，通N2，得到黑色的水凝胶，洗涤，干燥，得磁性复合水凝胶。本发明专利技术制备方法工艺易操作，具有环境友好性；所得水凝胶具有良好的磁敏感性，具有辣根过氧化物酶活性，可用于H2O2的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天然高分子功能材料制备
，具体涉及一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来，可再生木质纤维素类生物质资源的开发和利用得到了人们的极大重视和关注，被认为是解决石化资源日益枯竭和环境问题的有效途径。半纤维素是农林生物质的主要组分之一，其含量仅次于纤维素，是地球上最丰富、最廉价的可再生资源之一。木聚糖是半纤维素主要的结构形式，主要存在于阔叶木和禾本科植物中。木聚糖本身具有一定的凝胶性，是制备智能水凝胶的良好的原料。四氧化三铁纳米颗粒（IONPs）具有独特的超顺磁特性，被广泛应用在污水处理、分析检测、生物大分子及细胞分离、药物靶向运输及可控释放、肿瘤磁热治疗、磁共振成像等领域。研究发现IONPs能够模拟辣根过氧化物酶（HRP）活性，催化或氧化氢氧化底物（3,3,5,5-四甲基联苯胺（TMB）、二氨基联苯胺（DAB）、邻苯二胺（OPD））产生颜色变化，其催化活性与HRP类似，依赖于H2O2的浓度、pH和反应温度，催化过程符合米氏动力学和乒乓反应机制，因此能够替代HRP应用在酶联免疫吸附分析（ELISA）。纳米复合水凝胶将纳米材料的优异性质（如，磁性、光热、表面等离子体、催化性等）与智能水凝胶独特的性质（外界刺激如温度、高含水量、pH诱导的相转变）结合起来，可以赋予复合水凝胶优异的性能。磁性复合水凝胶是将磁性材料载入到水凝胶中而得到的。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶；本专利技术的另一目的在于提供上述磁性复合水凝胶的制备方法；本专利技术的再一目的在于提供上述磁性复合水凝胶在H2O2检测上的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现。一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）用丙烯酰氯改性木聚糖，得到酰化木聚糖；（2）将酰化木聚糖用热水溶解，得到酰化木聚糖溶液；（3）往步骤（2）所得酰化木聚糖溶液中加入N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺，再加入交联剂，通氮气鼓泡；加入光引发剂，混合均匀后，冷却至室温，置于紫外辐射反应器中，室温下紫外照射，再于室温下封闭放置反应；反应结束后用去离子水洗涤除去残余反应试剂，得酰化木聚糖基水凝胶；将FeCl3·6H2O与FeSO4·7H2O溶于蒸馏水中，得铁盐溶液；接着将酰化木聚糖基水凝胶胶放入铁盐溶液中浸泡，同时通N2；取出变成黄色的水凝胶，浸入氨水中，同时通N2，得到黑色的水凝胶；均匀切片，干燥，所得固体即为用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶。优选的，步骤（1）所述酰化木聚糖的具体制备步骤为：将0.6~0.7g木聚糖溶解在8~12mL的去离子水中，然后加入15~25mL二甲基甲酰胺(DMF)搅拌10~15min，待木聚糖完全溶解后，旋转蒸发除去混合溶液中的水，然后加入0.08~0.12gLiCl,0.03~0.04g4-二甲氨基吡啶,10~15mL二甲基甲酰胺和2~3mL丙烯酰氯于65~75℃下反应30~50min，反应结束后，用75~95wt%的乙醇离心洗涤3~5次，烘干得到酰化木聚糖。优选的，步骤（1）所述木聚糖为山毛榉木聚糖，分子量为Mw=130000g/mol。优选的，步骤（2）所述酰化木聚糖溶液的具体制备步骤为：将酰化木聚糖加入温度为70~90℃的热水中，搅拌溶解30~60min，得质量浓度为4%~6%的酰化木聚糖溶液，再降温至40~50℃。优选的，步骤（3）所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述光引发剂为安息香二甲醚，所述光引发剂在添加前，先用N-甲基吡咯烷酮（NMP）进行溶解，浓度为2~3wt%。优选的，步骤（3）所述交联剂的用量为步骤（2）所述酰化木聚糖质量的2.5%~10%；步骤（3）所述丙烯酰胺与步骤（2）所述酰化木聚糖的质量比为（6~12）：1；步骤（3）所述N-异丙基丙烯酰胺的用量为步骤（2）所述酰化木聚糖质量的4%~16%；步骤（3）所述光引发剂的用量为步骤（2）所述酰化木聚糖质量的4~6%。优选的，步骤（3）所述紫外照射的条件：波长为365nm、功率为400W，照射时间为4~8h；所述放置反应的时间6~10h；所述通氮气鼓泡的时间为10~30min；所述FeCl3·6H2O与FeSO4·7H2O的摩尔比为（2~4）：1；所述酰化木聚糖基水凝胶浸泡于铁盐溶液中的时间为4~8h；所述氨水的用量为20~30mL，浓度为25wt%~28wt%；所述黄色的水凝胶浸入氨水中通N2的时间为30~60min；所述干燥的方式为液氮冷冻干燥。由以上所述的制备方法制得的一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶。以上所述的一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶在H2O2检测中的应用。优选的，所述应用的具体包括如下步骤：将H2O2加入TMB底物显色溶液中，配置一系列的TMB-H2O2显色溶液，将磁性复合水凝胶浸渍于TMB-H2O2显色溶液中，于水浴中反应，溶液变蓝，然后用紫外分光光度计检测TMB-H2O2显色溶液。优选的，所述TMB-H2O2显色溶液中H2O2的浓度为5uM~200mM；所述水浴的温度为37~40℃；所述反应的时间30~60min；所述检测的紫外检测波长为范围为500~750nm。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：（1）本专利技术制备的磁性复合水凝胶，使用的原料为生物质，因木聚糖本身具有可生物降解、生物相容性以及特殊的理化性能，是制备水凝胶理想的原料，本专利技术能够扩大木聚糖类型半纤维素的工业应用，为半纤维素的高值化利用提供重要的有效途径。（2）本专利技术的磁性复合水凝胶具有良好的催化活性，可以用于低浓度H2O2的检测。（3）本专利技术的制备方法工艺易操作，容易实现工艺化，具有环境友好性。附图说明图1中的a、b、c分别代表本专利技术交联剂用量为5wt%、7.5wt%、10wt%制得的木聚糖水凝胶的SEM图；图2中的a、b分别为本专利技术磁性复合水凝胶的XRD和Raman图；图3为不同实施例检测相同浓度H2O2的紫外光谱图；图4为磁性复合水凝胶置于不同H2O2浓度的紫外光谱图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶，其制备步骤如下：将0.6g山毛榉木聚糖（Mw=130000g/mol）溶解在8mL的去离子水中，然后加入15mL二甲基甲酰胺搅拌10min，待木聚糖完全溶解后，旋转蒸发除去混合溶液中的水，然后加入0.08gLiCl,0.03g4-二甲氨基吡啶,10mL二甲基甲酰胺和2mL丙烯酰氯于65℃下反应50min，反应结束后，用75wt%的乙醇离心洗涤5次，烘干得到酰化木聚糖。称取2.0g酰化木聚糖置于三口烧瓶中，加入50mL去离子水在70℃加热60min并搅拌使其完全溶解；降温至50℃，然后加入0.08g的N-异丙基丙烯酰胺（NIPAm）、12g丙烯酰胺（AM）和0.1gN,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），通氮气以除去溶液中的溶解氧和瓶内空气；然后加入光引发剂安息香二甲醚0.08g（先将安息香二甲醚0.08g溶于N-甲基吡咯烷酮中，质量浓度为2%）；混合液均匀后，降至室温，倒入石英皿并置于紫外辐射反应器中，设定照射条件为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）用丙烯酰氯改性木聚糖，得到酰化木聚糖；（2）将酰化木聚糖用热水溶解，得到酰化木聚糖溶液；（3）往步骤（2）所得酰化木聚糖溶液中加入N‑异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺，再加入交联剂，通氮气鼓泡；加入光引发剂，混合均匀后，冷却至室温，置于紫外辐射反应器中，室温下紫外照射，再于室温下封闭放置反应；反应结束后用去离子水洗涤除去残余反应试剂，得酰化木聚糖基水凝胶；将FeCl3·6H2O与FeSO4·7H2O溶于蒸馏水中，得铁盐溶液；接着将酰化木聚糖基水凝胶放入铁盐溶液中浸泡，同时通N2；取出变成黄色的水凝胶，浸入氨水中，同时通N2，得到黑色的水凝胶；均匀切片，干燥，所得固体即为用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）用丙烯酰氯改性木聚糖，得到酰化木聚糖；（2）将酰化木聚糖用热水溶解，得到酰化木聚糖溶液；（3）往步骤（2）所得酰化木聚糖溶液中加入N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺，再加入交联剂，通氮气鼓泡；加入光引发剂，混合均匀后，冷却至室温，置于紫外辐射反应器中，室温下紫外照射，再于室温下封闭放置反应；反应结束后用去离子水洗涤除去残余反应试剂，得酰化木聚糖基水凝胶；将FeCl3·6H2O与FeSO4·7H2O溶于蒸馏水中，得铁盐溶液；接着将酰化木聚糖基水凝胶放入铁盐溶液中浸泡，同时通N2；取出变成黄色的水凝胶，浸入氨水中，同时通N2，得到黑色的水凝胶；均匀切片，干燥，所得固体即为用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述酰化木聚糖的具体制备步骤为：将0.6~0.72g木聚糖溶解在8~12mL的去离子水中，然后加入15~25mL二甲基甲酰胺搅拌10~15min，待木聚糖完全溶解后，旋转蒸发除去混合溶液中的水，然后加入0.08~0.12gLiCl,0.03~0.04g4-二甲氨基吡啶,10~15mL二甲基甲酰胺和2~3mL丙烯酰氯于65~75℃下反应30~50min，反应结束后，用75~95wt%的乙醇离心洗涤3~5次，烘干得到酰化木聚糖。3.根据权利要求1所述的一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述酰化木聚糖溶液的具体制备步骤为：将酰化木聚糖加入温度为70~90℃的热水中，搅拌溶解30~60min，得质量浓度为4%~6%的酰化木聚糖溶液，再降温至40~50℃。4.根据权利要求1所述的一种用于高效检测H2O2的磁性复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述光引发剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：任俊莉，代晴晴，孙润仓，高存殿，刘传富，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44