基于离子印迹与识别的重金属离子荧光光纤传感器的研究

Due to the serious contamination problem of heavy metal ions (HMIs) in environmental water, a novel method which integrates ion-imprinting technology, flourescent probe technology and optic fiber technology will be developped in the proposed study for determining or monitoring the content of HMIs in environmental water in-situ or remotely. Firstly, a series of novel fluorescent multi-functional monomers (FMFM) which possess the advantages of ion recognition ability, fluorescent turn-on function and high sensitivity will be be designed, screened and synthesized based on simulating computation. By using the obtained FMFM, the high selective ion-imprinted membranes will be prepared directly on the optical fibers. Then, an ion-imprinted fluorescent optical-fiber sensor (IIFOS) will be designed and assembled by using the modified optic fiber as sensing element. Finally, the IIFOS will be utilized to detect multiple HMIs in-situ and monitor the change of the content of HMIs remotely in environmental water. By merging the advantages of the high selectivity and durability of ion-imprinted polymer, the high sensitivity of flourescent probe and the good optical conductivity of optic fiber, the obtained IIFOS is expected to be stretched into anywhere of environmental water for the detection of HMIs in-situ or remotly.Thus, this research will be of great significance for the early warning and control about the HMIs pollution in environmental water.

基于环境水体中重金属离子(HMIs)污染日趋严重的问题，本研究拟结合离子印迹技术、荧光探针技术和光纤技术建立环境水体中HMIs的原位监测或远程监控方法。首先通过模拟计算，设计、筛选和合成对HMIs同时具有离子识别能力、荧光开关功能和高灵敏度响应的新型荧光多功能单体(FMFM)；藉此FMFM，直接在光纤探头上制备对HMIs具有选择性识别能力的离子印迹荧光膜；并以该印迹膜修饰的光纤探头为传感器的敏感元件，进一步设计和构建离子印迹荧光光纤传感器系统(IIFOS)，并将其应用于环境水中HMIs的原位监测和远程监控。此系统不但兼具有离子印迹聚合物的高选择性、耐用性和荧光探针的高灵敏性，而且还利用了光纤对光良好的传导性，可将IIFOS的光纤探头直接伸入到环境水中任何部位进行检测，因而有望布局于各个污染源进行HMIs的原位监测和远程监控，这对于水污染控制和预警有着非常重大的意义。

环境水体中重金属离子(HMIs)污染日趋严重，原位快速检测意义重大。分子印迹荧光传感器可以克服传统仪器分析方法成本高、不利于现场检测的缺点。但是HMIs本身没有荧光，而目前存在荧光功能单体缺乏的瓶颈问题，其次，水体中各种干扰因素较多，传感器的选择性和稳定性需要大大提高，才能增加原位监测的准确度。本研究有机地结合离子印迹技术、荧光探针技术和光纤技术建立了环境水体中HMIs的原位监测方法。本项目探索出了一系列重金属离子HMIs新型荧光功能单体的合成新方法，基于荧光素—噻唑类衍生物，以及5-氨基-8羟基喹啉，制备出了一系列含端基双键、可聚合荧光功能单体，对解决目前分子印迹领域里荧光功能单体种类缺乏的问题具有一定意义。此方法的新颖之处在于高分子链本身就是“灯标”，解决了传统方法只是将荧光试剂简单包夹在聚合物中，在使用过程中会逐渐泄露而导致传感器灵敏度下降，重现性变差的问题。另外， 本研究成功获得了一系列对HMIs具有高选择性、高灵敏性和高稳定性的离子印迹聚合物膜IIPM；构建出了兼有荧光探针的高灵敏性、光纤的良好传导性以及MIPs高选择性的离子印迹光纤系统IIFOS。本研究成功地应用于实际水体（饮用水、江水及水库水）以及hepG-2活细胞中重金属离子的快速检测， 具有较高的灵敏度。用FAAS作对照， 证明本方法检测结果正确。本研究所构建的IIFOS系统，不但兼具有离子印迹聚合物的高选择性、耐用性和荧光探针的高灵敏性，而且利用了光纤对光良好的传导性，可将IIFOS的光纤探头伸入到环境水中任何部位进行直接原位检测，因而有望布局于各个污染源进行HMIs监控，有利于水污染控制和预警。