本發(fā)明涉及環(huán)境污染物檢測(cè)，具體涉及一種14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、ps作為環(huán)境中最為常見(jiàn)的塑料聚合物，廣泛分布于人類可接觸的日常生活中。目前已經(jīng)有大量研究以ps作為模型化合物，用于模擬微塑料對(duì)于海洋、陸地等生態(tài)系統(tǒng)中生物體內(nèi)的環(huán)境行為。

2、例如，環(huán)境影響因素方面，有研究發(fā)現(xiàn)高鹽度可以促進(jìn)ps-nh2和未改性聚苯乙烯mps/nps的進(jìn)一步聚集，而ps-cooh表面負(fù)電荷的存在提高了其在環(huán)境中的運(yùn)輸速率。植物方面，有許多研究表明ps-mps/nps可以在種子、莖部等地方蓄積，并對(duì)植物生理生化造成了重要影響。例如，在小麥種子萌發(fā)中，ps-mps/nps會(huì)影響根系生長(zhǎng)率和植物生物量，同時(shí)阻礙了鐵、錳、銅、鋅等必需營(yíng)養(yǎng)素在小麥中的轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，破壞了基因表達(dá)和離子轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，ps-nps暴露會(huì)使植物根系結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致植物根系相關(guān)基因表達(dá)的生物合成、苯丙素生物合成和脂肪酸代謝的中斷。

3、動(dòng)物攝取方面，setala等人報(bào)道了熒光聚苯乙烯(ps)微球(10μm)可被浮游動(dòng)物蝦進(jìn)行攝取并通過(guò)浮游營(yíng)養(yǎng)傳播。最近，buwono等人證明mps(0.0001-1.0mm)的豐度對(duì)蝦鰓和消化道的氧化損傷有直接和間接的生物學(xué)影響。在哺乳動(dòng)物研究中，an等人發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯顆?？墒刮桂B(yǎng)的雌性大鼠卵巢中的gsh-px、cat和sod降低，mda活性增加，造成小鼠生殖毒性。

4、但是，目前關(guān)于ps-mps/nps在動(dòng)植物的定量分布研究中還較為匱乏，與微納塑料相關(guān)的生理生化及細(xì)胞毒性影響仍需要深入研究。為了準(zhǔn)確評(píng)估微納塑料在植物組織和器官的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，定量描述其在植物組織中的濃度成為關(guān)鍵。

5、目前所報(bào)道的大多數(shù)熒光納米塑料中的熒光基團(tuán)是通過(guò)物理作用吸附在聚合物表面，其穩(wěn)定性較差，因此容易因染料濃度和環(huán)境溫度等因素發(fā)生脫落。cn116606642a公開(kāi)了一種長(zhǎng)余輝熒光標(biāo)記納米塑料及其制備方法和應(yīng)用，其中，該納米塑料為核殼結(jié)構(gòu)，即由中間核與外殼構(gòu)成；所述中間核為生物窗口激發(fā)近紅外長(zhǎng)余輝納米顆粒，所述外殼為聚苯乙烯塑料；所述生物窗口激發(fā)近紅外長(zhǎng)余輝納米顆粒借助介孔二氧化硅模板合成。

6、cn103172941a公開(kāi)了一種聚苯乙烯熒光納米顆粒及其制備和應(yīng)用，該顆粒是帶有熒光物質(zhì)的聚苯乙烯熒光納米顆粒，其中熒光物質(zhì)是通過(guò)稀土元素與β-二酮類物質(zhì)以及三正辛基氧化磷反應(yīng)，形成的鰲合物；其制法包括：1)通過(guò)乳液聚合法、種子乳液聚合法或無(wú)皂乳液聚合法，合成聚苯乙烯納米顆粒；2)在溶解有熒光物質(zhì)的有機(jī)溶劑中，加入經(jīng)有機(jī)溶劑溶脹的聚苯乙烯納米顆粒，熒光物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入聚苯乙烯納米顆粒內(nèi)部后，去除有機(jī)溶劑。

7、但由于不同mps/nps表現(xiàn)出的高或低的親水性或疏水性，用單一染料進(jìn)行染色通常不會(huì)導(dǎo)致所有類型的mps/nps染色，因此部分樣品在定量過(guò)程中容易被忽略針對(duì)一些動(dòng)植物體內(nèi)樣品，樣品與處理過(guò)程中不完全消化導(dǎo)致的有機(jī)組織殘留會(huì)與mps共染色，會(huì)使得樣品中mps計(jì)數(shù)出現(xiàn)偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)ps-nps微塑料存在的熒光標(biāo)記穩(wěn)定性差，定量準(zhǔn)確度不足的問(wèn)題，提供一種放射性同位素14c和熒光分子nbd-a同時(shí)標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒，借助放射性同位素實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和定量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒，所述聚苯乙烯納米顆粒具有如下結(jié)構(gòu)式：

4、

5、其中，*c表示14c，m的范圍為30-100，n的范圍為10-30，m:n＝3-10:1。

6、所述聚苯乙烯納米顆粒的粒徑為80-120nm，比活度為40-60μci/mg；

7、所述聚苯乙烯納米顆粒數(shù)均分子量為7500-8000g/mol，分子量分布系數(shù)為1.6-2.0。

8、所述聚苯乙烯納米顆粒激發(fā)波長(zhǎng)為310-320nm，發(fā)射波長(zhǎng)625-635nm。

9、本發(fā)明還提供所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒的制備方法，包括步驟：

10、步驟1，向含14c甲基三苯基碘化膦溶液中滴加正丁基鋰溶液還原反應(yīng)，再向反應(yīng)液中滴加苯甲醛反應(yīng)，經(jīng)萃取、蒸餾、柱色譜分離將產(chǎn)物純化得到14c-苯乙烯單體；

11、步驟2，將4-丁烯-1-胺和4-氯-7-硝基苯并-2-氧雜-1,3-二唑(nbd-cl)在n,n-二異丙基乙胺(dipea)的催化下合成n-3-丁烯基-7-硝基-2,1,3-苯并呋喃-4-胺；

12、步驟3，將14c-苯乙烯、非標(biāo)記苯乙烯和和n-3-丁烯基-7-硝基-2,1,3-苯并呋喃-4-胺混合分散后，滴加過(guò)硫酸鉀水溶液后聚合反應(yīng)，產(chǎn)物純化得到所述聚苯乙烯納米顆粒。

13、優(yōu)選地，步驟1中14c-苯乙烯單體純化過(guò)程中易形成苯甲醛，純化過(guò)程中蒸餾采用惰性氣體置換裝置內(nèi)空氣，步驟3中由于放射性聚合物合成過(guò)程相比于非放標(biāo)記化合物反應(yīng)慢，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。

14、步驟1中還原反應(yīng)溫度為-5～5℃，還原反應(yīng)0.5-2h；

15、滴加苯甲醛時(shí)溫度為-5～5℃，滴加結(jié)束后在室溫下反應(yīng)10-24h。

16、步驟1中14c甲基三苯基碘化膦和正丁基鋰的摩爾比為1:0.8-1.2；苯甲醛和14c甲基三苯基碘化膦的摩爾比為1:0.8-1.2。

17、步驟2中反應(yīng)溫度為常溫，反應(yīng)時(shí)間為12h-48h；

18、所述4-丁烯-1-胺，4-氯-7-硝基苯并-2-氧雜-1,3-二唑和n,n-二異丙基乙胺的摩爾比為1:(3-5):(30-35)。步驟3在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行；14c-苯乙烯和非標(biāo)記苯乙烯的摩爾比為1:3-10；n-3-丁烯基-7-硝基-2,1,3-苯并呋喃-4-胺摩爾量與14c-苯乙烯和非標(biāo)記苯乙烯總摩爾比為1:0.8-1.2；

19、步驟3中聚合反應(yīng)為60-80℃，反應(yīng)時(shí)間為10-30h。

20、本發(fā)明還提供所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒在納米微塑料污染物檢測(cè)中的應(yīng)用。

21、本專利中所制備的放射性同位素14c和熒光分子nbd-a標(biāo)記的ps-nps可借助放射性同位素追蹤溯源、痕量精準(zhǔn)及無(wú)可替代的特點(diǎn)，用于精確定量研究納米塑料顆粒在生物體內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集規(guī)律的研究；同時(shí)利用微塑料本身熒光特性可對(duì)微塑料進(jìn)行熒光成像直觀的對(duì)微塑料納米顆粒進(jìn)行精確定位。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、相比于目前商業(yè)化的以物理方法進(jìn)行熒光標(biāo)記的ps顆粒相比，本專利中利用化學(xué)方法所標(biāo)記的熒光納米塑料化學(xué)穩(wěn)定性更強(qiáng)，在長(zhǎng)壽期研究過(guò)程中可防止熒光分子脫落而真實(shí)反映微塑料本身的行為規(guī)律。但綜合比較來(lái)看，通過(guò)放射性同位素標(biāo)記法對(duì)微塑料進(jìn)行定量，具有靈敏度高、痕量精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)是研究環(huán)境水平下微納塑料在生物組織的定量分布的不可替代的強(qiáng)有力工具。

技術(shù)特征：

1.一種14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒，其特征在于，所述聚苯乙烯納米顆粒具有如下結(jié)構(gòu)式：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒，其特征在于，所述聚苯乙烯納米顆粒的粒徑為80-120nm，比活度為40-60μci/mg。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒，其特征在于，所述聚苯乙烯納米顆粒數(shù)均分子量為7500-8000g/mol，分子量分布系數(shù)為1.6-2.0。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒，其特征在于，所述聚苯乙烯納米顆粒激發(fā)波長(zhǎng)為310-320nm，發(fā)射波長(zhǎng)625-635nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒的制備方法，其特征在于，包括步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟1中還原反應(yīng)溫度為-5～5℃，還原反應(yīng)0.5-2h；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟1中14c甲基三苯基碘化膦和正丁基鋰的摩爾比為1:0.8-1.2；苯甲醛和14c甲基三苯基碘化膦的摩爾比為1:0.8-1.2。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟2中反應(yīng)溫度為常溫，反應(yīng)時(shí)間為12h-48h；

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟3在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行；14c-苯乙烯和非標(biāo)記苯乙烯的摩爾比為1:3-10；n-3-丁烯基-7-硝基-2,1,3-苯并呋喃-4-胺摩爾量與14c-苯乙烯和非標(biāo)記苯乙烯總摩爾比為1:0.8-1.2；

10.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的14c和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒在納米微塑料污染物檢測(cè)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及環(huán)境污染物檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)一種<supgt;14</supgt;C和熒光分子雙標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒及其制備方法和應(yīng)用，所述聚苯乙烯納米顆粒具有如下結(jié)構(gòu)式，*C表示<supgt;14</supgt;C，m的范圍為30?100，n的范圍為10?30，m:n＝3?10:1。制備包括步驟：以含<supgt;14</supgt;C甲基三苯基碘化膦為原料制備<supgt;14</supgt;C?苯乙烯單體，再與N?3?丁烯基?7?硝基?2,1,3?苯并呋喃4?胺聚合得到聚苯乙烯納米顆粒。本發(fā)明中放射性同位素<supgt;14</supgt;C和熒光分子雙記的PS?NPs可借助放射性同位素追蹤溯源、痕量精準(zhǔn)及無(wú)可替代的特點(diǎn)，可對(duì)微塑料進(jìn)行熒光成像直觀的對(duì)微塑料納米顆粒進(jìn)行精確定位。

技術(shù)研發(fā)人員：汪海燕,丁文雅,徐雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2