CN104181215B

CN104181215B - 一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备及在农药残留即时检测中的应用

Info

Publication number: CN104181215B
Application number: CN201410436014.8A
Authority: CN
Inventors: 葛慎光; 于京华; 颜梅; 黄加栋; 张彦; 刘海云; 王衍虎
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2014-08-31
Filing date: 2014-08-31
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2034-08-31
Also published as: CN104181215A

Abstract

本发明公开了一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备及在农药残留即时检测应用。在计算机上利用Adobe Illustrator CS4软件设计蜡打印图案及中空通道切割图案；利用蜡打印机打印疏水区域；采用激光切割机对入口、出口及中空通道进行切割；通过丝网印刷技术在工作区域印刷碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极；在工作电极上通过循环伏安法电聚合分子印迹聚合物；按照一定次序将所制备的滤纸叠放夹在玻璃片中间，制备得到电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件，将器件中电极与电化学工作站连接，对农药残留进行即时检测。

Description

一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备及在农药残留即时检测中的应用

技术领域

本发明涉及快速、低成本和高选择的农药残留检测技术领域，更具体地说是一种以适合于现场即时检测的纸分析器件的构建。

背景技术

近年来食品污染造成急性中毒事件屡见报导，但农药对人体的慢性危害产生的生理变化常常因没有明显症状容易被忽视。一些农药品种具有累积毒性，甚至产生致癌、致畸、致突变三致毒性。由于随着人们知识水平和生活水平的提高，人们对食品中的农药含量测定的方法和技术越来越关注，同时，也随着我国在国际贸易发展过程中的贸易次数越来越频繁，世界每个国家对我们生产的食品农药含量检测要求也越来高，普遍要求对农药的检测分析要高灵敏度、高效和快速。在食品安全检测中，能快速、准确、可靠、方便、经济、安全地检测食品的质量是世界各个国家普遍研究的热点问题。食品安全的检测技术是保护食品安全、保护消费者的重要手段，特别是对农产品的快速检测技术显得更加重要。

目前在食品中的农药残留检测中，快速的检测分析方法研究十分活跃，如酶抑制法，其以准确性高、检测速度快、操作简单、成本低等优点得到广泛应用。但是在检测某些食品时，会出现假阳性现象，干扰检测结果。免疫分析法是将抗体抗原反应与现代测试手段相结合的超微分析法。具有操作简单、快速、灵敏度高、适合现场筛选等优点，但它的开发过程需要投入较多资金、较长时间、抗体制备难道较大、抗体有特异性只适用单一农药残留量的检测分析。传统的农药残留检测技术需要使用气相色谱、高效液相色谱等需要昂贵的设备、较长的样品预处理和测试时间，明显存在检测滞后的现象。传统的理化分析手段难以适应现代农药残留分析的要求。找到一种有效、快速、灵敏检测果蔬农药残留的方法，用于农产品质量的监督管理，不仅可以提高工作效率，同时也保证了食品的安全。亟待建立一套快速、准确、灵敏、检测农药残留的分析技术。

微流控芯片实验室是目前最有望实现现场检测的技术平台。简单的说，微流控芯片实验室是指把样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，该芯片可以是塑料片、玻璃片或者硅片。但是目前，微流控芯片实验室仍然处于实验室研究阶段，由于其技术复杂、设备昂贵和工艺苛刻，需要专业人士操作及难以实现普及。

2007年，哈佛大学Whitesides 的课题组里首次构建微流控纸芯片实验室。与传统微流控芯片相比，微流控纸芯片的制作成本低，所需仪器设备与操作条件更简单。作为新一代微流控芯片技术，微流控纸芯片既继承了传统试纸条的简单、廉价的特性，又传承了传统的微流控芯片平台高通量、多样化检测能力与开放式多功能集成能力。科研工作者对微流控纸芯片研究的巨大兴趣与投入，使微流控纸芯片获得快速发展。但是目前，微流控纸芯片实验室仍然是通过多孔的纸纤维毛细拉力促使液体流动，因此，液体的流动速度缓慢，耗时长，在流动过程中易造成溶液的挥发损失；同时，对于较大的细菌及微珠在纸纤维中无法自由移动。因此，在微流控纸芯片实验室中实现液体快速流动，为农药残留的现场即时检测提供条件成为当前该研究领域亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备及在农药残留现场即时检测中的应用，建立一种操作简单、高选择性、低成本等特点的电化学分析检测传感器件。本发明以中空通道纸芯片、电聚合分子印迹聚合物为基础，制备了测定农药残留的电化学传感纸器件，成功建立了快速、特异和灵敏的农药残留检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下措施来实现的：一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备及应用，其特征是包括以下步骤：

（1）在计算机上设计中空通道层（附图1中B层）的疏水蜡打印图案，与中空通道层的疏水蜡打印图案匹配的顶层（附图1中A层）打印图案和与中空通道层的疏水蜡打印图案匹配的底层（附图1中C层）打印图案；

（2）将步骤（1）中设计的顶层、中空通道层和底层图案通过蜡打印机打印在滤纸上，所打印出的滤纸剪成上下匹配、同样尺寸的滤纸；

（3）将步骤（2）中制备的顶层滤纸和中空通道层滤纸放置到烘箱中，在60-120℃加热30-120秒，使蜡融化并浸透整个滤纸的厚度，形成疏水墙；

（4）将步骤（2）中制备的底层滤纸放置到烘箱中，在60-120℃加热20-60秒，使蜡融化并浸滤纸厚度的三分之一，将滤纸翻转过来，形成底层上部分亲水，底层的下部分疏水；

（5）将步骤（3）中得到的顶层滤纸的入口和出口以及中空通道层滤纸的入口、中空通道和出口按照步骤（1）设计的图案应用激光切割机进行切割；

（6）在计算机上设计与蜡打印图案匹配的工作电极、对电极和参比电极印刷图案；

（7）将步骤（5）中得到的顶层滤纸检测区域通过丝网印刷技术按照步骤（6）设计的印刷电极图案印刷工作电极、对电极和参比电极（如附图1A中电极所示）；

（8）选择适当的功能单体，将步骤（7）得到的顶层滤纸上的检测区域工作电极表面通过循环伏安法以农药残留物为模板分子电聚合制备分子印迹聚合物，然后采用溶剂洗涤法去除模板分子得到处理好的顶层滤纸；

（9）将步骤（8）中得到的顶层滤纸、步骤(5)中得到中空通道层滤纸和步骤（4）得到的底层滤纸，顶层滤纸印刷有电极面贴近中空通道滤纸层，底层滤纸亲水面贴近中空通道层，上层玻璃片具有入口和出口与顶层滤纸入口和出口相匹配，三层滤纸按照从上到下依次为顶层滤纸、中空通道层滤纸和底层滤纸夹在玻璃片中间制得中空通道微流控纸器件；

（10）将步骤（9）中得到的微流控纸器件的电极与电化学工作站连接，以铁氰化钾为电化学探针，用于实际样品的测定。

所设计纸器件尺寸如图2所示，顶层滤纸的疏水图案包括入口（直径 4mm）、检测区域（直径4mm）和出口（直径4mm），入口和检测区域间距20mm，入口和出口间距30mm，中空通道层滤纸的疏水图案包括入口（直径 4mm）、中空通道（宽度2mm）和出口（直径 4mm），入口与出口间距30mm，底层滤纸的疏水图案包括入口（直径 4mm）、亲水通道（宽度2mm）和出口（直径 4mm），入口与出口间距30mm。

所设计的顶层滤纸、中空通道层滤纸和底层滤纸剪成尺寸均为长度50mm，宽度30mm；三层滤纸垂直方向上入口和出口对齐。

所述的滤纸为常用的滤纸。

所采的喷蜡打印机为常用的富士施乐喷蜡打印机。

所述的丝网印刷技术印刷的工作电极为碳印刷电极，对电极为碳对电极，参比电极为Ag/AgCl参比电极。

所述的功能单体为吡咯、邻苯二胺、苯酚、噻吩、对氨基苯硼酸、丙烯酰胺。

所述的循环伏安法扫描速度为50mV/s，扫描电位范围为-0.5~0.8V，扫描圈数20~100圈。

所述的模板分子为被测定的农药残留物。

所述的去除模板分子的溶剂洗涤所用溶剂为甲醇/乙酸溶液(1:4 V/V)、乙醇/乙酸溶液（1:3 V/V）、乙腈/乙酸溶液(5:1 V/V)、乙腈/水溶液(1:1 V/V)。

本发明的有益效果：

1. 采用成本低廉的纸材料，组装了中空通道的纸器件，简化了电化学三维微流控纸芯片的制备步骤，降低了制备成本，提高了微流控纸芯片的制备与检测的可重复性。

2. 微流控纸器件中引入了中空通道，提高液体在纸器件的流动速度，进一步降低检测时间，提高检测效率。

3. 中空通道纸器件中的工作电极上电聚合了高选择性的分子印迹聚合物，提高了方法的选择性。

4. 中空通道的纸器件能够实现对样品快速分离，同时能够对样品检测，实现了对于复杂样品的同时分离检测。

说明书附图：

附图1 纸器件蜡打印和丝网印刷电极图案

附图2 纸器件尺寸示意图

具体实施方式：

实施例：（有机磷类，如氧化乐果）

一种检测氧化乐果的电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件制备方法，包括以下步骤：

（1）在计算机上利用Adobe Illustrator CS4软件设计顶层滤纸的疏水图案包括入口（直径 4mm）、检测区域（直径4mm）和出口（直径4mm），入口和检测区域间距20mm，入口和出口间距30mm，中空通道层滤纸的疏水图案包括入口（直径 4mm）、中空通道（宽度2mm）和出口（直径 4mm），入口与出口间距30mm，底层滤纸的疏水图案包括入口（直径 4mm）、亲水通道（宽度2mm）和出口（直径 4mm），入口与出口间距30mm；

（2）将步骤（1）中设计的顶层、中空通道层和底层图案通过蜡打印机打印在滤纸上，顶层滤纸、中空通道层滤纸和底层滤纸剪成尺寸均为长度50mm，宽度30mm；三层滤纸垂直方向上入口和出口对齐；

（3）将步骤（2）中制备的顶层滤纸和中空通道层滤纸放置到烘箱中，在80℃摄氏度下加热60秒，使蜡融化并浸透整个滤纸的厚度，形成疏水墙；

（4）将步骤（2）中制备的底层滤纸带有蜡图案的滤纸放置到烘箱中，在60℃摄氏度下加热30秒，使蜡融化并浸整个滤纸的三分之一厚度，将滤纸翻转过来，形成底层上部分亲水，底层的下部分疏水；

（5）将步骤（3）中得到的中空通道层滤纸内的中空通道以及顶层滤纸的入口和出口按照步骤（1）设计的图案采用激光切割机进行切割；

（6）在计算机上利用Adobe Illustrator CS4软件设计与蜡打印图案匹配的工作电极（直径3mm）、对电极和参比电极印刷图案；

（7）将步骤（5）中得到的顶层滤纸检测区域通过丝网印刷技术按照步骤（6）设计的印刷电极图案印刷碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极；

（8）选择吡咯为功能单体，将步骤（7）得到的顶层滤纸工作区域工作电极表面通过循环伏安法扫描速度为50mV/s，扫描电位范围为-0.2~0.8V，扫描圈数20圈。以氧化乐果为模板分子电聚合制备分子印迹聚合物，然后采用乙腈/乙酸溶液(5:1 V/V)去除模板分子得到处理好的顶层滤纸；

（9）将步骤（8）中得到的顶层滤纸、步骤(5)中得到中空通道层滤纸和步骤（4）得到的底层滤纸，顶层滤纸印刷有电极面贴近中空通道滤纸层，底层滤纸亲水面贴近中空通道层，上层玻璃片具有入口和出口与顶层滤纸入口和出口相匹配，夹在玻璃片中间制得中空通道微流控纸器件；

（10）将步骤（9）中得到的微流控纸器件的电极与电化学工作站连接，用于实际样品的测定；

（11）将制备的含有氧化乐果的样品流过中空通道，当样品流经工作电极，氧化乐果与工作电极表面分子印迹结合，以铁氰化钾为电化学探针用于测定，氧化乐果的测定结果的检测限为2.0×10^-9g/mL。

Claims

1.一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是包括以下步骤：

（1）在计算机上设计中空通道层的疏水蜡打印图案，与中空通道层的疏水蜡打印图案匹配的顶层打印图案和与中空通道层的疏水蜡打印图案匹配的底层打印图案；

（7）将步骤（5）中得到的顶层滤纸检测区域通过丝网印刷技术按照步骤（6）设计的印刷电极图案印刷工作电极、对电极和参比电极；

（9）将步骤（8）中得到的顶层滤纸、步骤(5)中得到中空通道层滤纸和步骤（4）得到的底层滤纸按照从上至下顺序放置，夹在玻璃片中间制得中空通道微流控纸器件；其顶层滤纸印刷有电极面贴近中空通道层滤纸，底层滤纸亲水面贴近中空通道层，上层玻璃片具有入口和出口与顶层滤纸入口和出口相匹配；

2.根据权利要求1所述一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是：所设计顶层滤纸的疏水图案包括入口直径 4mm、检测区域直径4mm和出口直径4mm，入口和检测区域间距20mm，入口和出口间距30mm，中空通道层滤纸的疏水图案包括入口直径 4mm、中空通道宽度2mm和出口直径 4mm，入口与出口间距30mm，底层滤纸的疏水图案包括入口直径 4mm、亲水通道宽度2mm和出口直径 4mm，入口与出口间距30mm，顶层滤纸、中空通道层滤纸和底层滤纸剪成尺寸均为长度50mm，宽度30mm；三层滤纸垂直方向上入口和出口对齐。

3.根据权利要求1所述一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是：所述的滤纸为常用的滤纸；所采用的蜡打印机为常用的富士施乐蜡打印机。

4.根据权利要求1所述一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是：所述的丝网印刷技术印刷的工作电极为碳印刷电极，对电极为碳对电极，参比电极为Ag/AgCl参比电极。

5.根据权利要求1所述一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是：所述的功能单体为吡咯、邻苯二胺、苯酚、噻吩、对氨基苯硼酸、丙烯酰胺。

6.根据权利要求1所述一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是：所述循环伏安法扫描速度为50mV/s，扫描电位范围为-0.5~0.8V，扫描圈数20~100圈。

7.根据权利要求1所述一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是：所述的模板分子为被测定的农药残留物。

8.根据权利要求1所述一种电聚合分子印迹聚合物中空通道纸器件的制备，其特征是：所述去除模板分子的溶剂洗涤所用溶剂为体积比为1:4的甲醇/乙酸溶液、体积比为1:3的乙醇/乙酸溶液、体积比为5:1的乙腈/乙酸溶液、体积比为1:1的乙腈/水溶液。