[發明專利]用于鉛離子檢測的智能微囊、便攜式可視化鉛離子檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 202010075960.X
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111257511B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 褚良銀;劉文英;巨曉潔;何帆;謝銳;汪偉;劉壯
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;C08F265/10;C08F220/54;C08F220/60;B01J13/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郭萍

本發明提供了一種用于鉛離子檢測的智能微囊，該智能微囊呈球狀，由囊壁和囊壁內的智能納米凝膠溶液組成，所述囊壁為具有彈性的交聯高分子凝膠網絡，Pb²⁺和水分子能經過滲透擴散跨囊壁傳輸進入智能微囊的內部，智能納米凝膠能特異性地識別Pb²⁺并實現等溫溶脹。以該智能凝膠微囊為基礎，本發明還提供了便攜式可視化鉛離子檢測裝置以及鉛離子簡捷檢測方法。本發明有效簡化了鉛離子的檢測操作，降低了鉛離子檢測難度和成本，實現了痕量鉛離子的簡捷可視化定量檢測。

技術領域

本發明屬于離子檢測領域，涉及用于鉛離子檢測的智能微囊及其制備方法，便攜式可視化鉛離子檢測裝置，以及鉛離子簡捷檢測方法。

背景技術

鉛離子(Pb²⁺)是一種有毒的重金屬離子，水體中的鉛離子含量超標時會嚴重危害自然環境和人體健康，如美國Flint市曾出現的鉛中毒引起的水危機事件。人體攝入過量鉛離子會造成一系列生理、生化指標的變化，影響人體系統器官的正常功能，甚至是致癌。因此，有效檢測鉛離子對保護環境和人類健康具有重要意義。

在檢測鉛離子時，關鍵的問題是如何便捷地將鉛離子濃度的信號轉換并放大為更直觀的檢測信號。傳統的鉛離子檢測方法，如原子吸收光譜法、電感耦合等離子質譜法、原子熒光光譜法和溶出伏安法等，由于存在著樣品前處理復雜、檢測儀器精密昂貴以及檢測時需要專業操作人員等問題而受到了一定的限制。

基于離子識別的智能材料能夠對離子進行識別并做出相應的響應，進而將檢測到的離子濃度信號轉化為流量信號、電信號以及光信號等。其中，冠醚因分子中具有大環空腔結構，能特異性識別鉛離子，并作為主體分子，通過離子-偶極作用與鉛離子形成具有一定穩定性的“主-客體”配合物，為鉛離子檢測提供了新的思路。

目前，基于N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)與冠醚構建的智能材料(PNB)的鉛離子檢測系統，有凝膠光柵和微懸臂梁等光學檢測系統、智能微閥流量檢測系統以及可視化檢測裝置等，由于不能同時滿足高效、便攜式簡捷檢測鉛離子而在實際應用場景中受到了較大的限制。基于智能微閥的流量檢測系統，如智能開關膜和微芯片，其主要檢測原理是通過把智能材料識別鉛離子后發生的分子鏈伸縮變化或體積變化轉換為溶液流量變化。智能開關膜是通過在膜上接枝PNB高分子或者將PNB微球涂覆在商業膜或無紡布上等方式使之功能化，通過PNB識別鉛離子前后膜孔大小的改變而將鉛離子濃度的變化轉換為跨膜通量的變化。微芯片系統是將智能微凝膠固定在微通道中，從而把微凝膠識別響應鉛離子后的體積溶脹轉換為流量變化，實時在線檢測微量Pb²⁺。基于智能微閥的流量檢測方法能在一定濃度范圍內實現鉛離子的檢測，但是檢測時需流量傳感器來轉換傳送鉛離子濃度信號，需要配備流量檢測系統，檢測過程復雜且不經濟，無法實現鉛離子的便攜簡捷檢測。凝膠光柵系統是利用智能微凝膠構建的周期性光柵結構，檢測時是將凝膠光柵響應鉛離子后的體積變化轉換為光柵衍射效率的變化，目前利用該方法能夠檢測到10^-9mol/L的鉛離子，且該方法對于鉛離子檢測具有較高的靈敏度和選擇性，但凝膠光柵制作難度較大，檢測時需要配備較高要求的光學測試平臺，無法實現便攜簡捷檢測。可視化檢測鉛離子系統通過將凝膠識別響應鉛離子后的體積變化引起的西(PE)膜形變轉換為染色液體的指示液柱長的變化來定量檢測鉛離子，該檢測方法雖然簡單，但其受PE膜彈性靈敏度以及指示液通道尺寸的限制，只能檢測到10^-3mol/L的鉛離子，靈敏度有待提高。綜上，基于智能材料開發簡捷檢測痕量濃度Pb²⁺的方法目前仍具有很大的挑戰，因此，基于智能凝膠材料開發可實現痕量濃度Pb²⁺的便攜式檢測裝置及便捷檢測方法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有鉛離子檢測技術存在的不足，提供用于鉛離子檢測的智能微囊及其制備方法，并以該智能微囊為基礎，提供便攜式可視化鉛離子檢測裝置以及鉛離子簡捷檢測方法，以簡化鉛離子的檢測操作，降低鉛離子檢測難度和成本，實現痕量鉛離子的簡捷可視化定量檢測。