CN105203535B

CN105203535B - 一种纸基可视化分子印迹生物传感器检测农药残留的方法

Info

Publication number: CN105203535B
Application number: CN201510599224.3A
Authority: CN
Inventors: 王衍虎; 李帅; 高超民; 于京华; 葛慎光; 颜梅
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2035-09-21
Also published as: CN105203535A

Abstract

一种纸基可视化分子印迹生物传感器检测农药残留的方法。本发明公开了一种操作简单、低成本、可视化便携式微流控纸芯片传感器并成功用于现场检测。该传感器成功将分子印迹技术引入到微流控纸芯片上，利用铁酸锌对双氧水和3,3^’,5,5^’‑四甲基联苯胺的催化效果引发颜色变化，实现可视化检测。该传感器的构建过程如下：批量打印疏水图案，熔蜡成型，制备合成铁酸锌；原位合成分子印迹聚合物；加入双氧水溶液引发反应，通过观察纸芯片上颜色变化确定农药残留的浓度范围。

Description

一种纸基可视化分子印迹生物传感器检测农药残留的方法

技术领域

本发明涉及农药残留定量分析检测领域，更具体的说是一种基于分子印迹检测农药残留的比色生物传感器的制备，本发明还涉及采用所述的纸基分子印迹比色传感器检测农产品中农药残留的方法。

背景技术

农药残留是指农药使用后残存于环境、生物体和食品中的农药母体、衍生物、代谢物、降解物和杂质的总称。造成蔬菜农药残留量超标的主要是一些国家禁止在蔬菜生产中使用的有机磷农药和氨基甲酸酯类农药，如甲胺磷、氧化乐果、甲拌磷、对硫磷、甲基对硫磷等。食用含有大量高毒、剧毒农药残留引起的食物会导致人、畜急性中毒事故。长期食用农药残留超标的农副产品，虽然不会导致急性中毒，但可能引起人和动物的慢性中毒，导致疾病的发生，诱发癌症，甚至影响到下一代。

有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯是目前市场上最主要的3类杀虫剂，特别是有机磷类杀虫剂仍在生产上起主导作用，更是菜农首选使用的一类杀虫剂。针对有机磷和氨基甲酸酯类农药, 科学工作者在农药残留快速检测技术方面做了大量的研究,并取得了较大的进步。

随着农业产业化的发展，农产品的生产越来越依赖于农药、抗生素和激素等外源物质。我国农药在粮食、蔬菜、水果、茶叶上的用量居高不下，而这些物质的不合理使用必将导致农产品中的农药残留超标，影响消费者食用安全，严重时会造成消费者致病、发育不正常，甚至直接导致中毒死亡。农药残留超标也会影响农产品的贸易。

控制农药残留对人体的危害，最为有效的方法之一是加强对食品中农药残留检测的力度。当今世界农残的检测分析向多残留、快速分析发展，要保证高通量的检测方法的准确性，需要有严格的农药残留确证技术。气相色谱-质谱是农药残留分析最广泛使用的方法，使用气相色谱-质谱进行农残分析，但是传统的气相色谱-质谱等农药残留分析技术检测成本高、时间长，这就给食品安全监管部门对农产品产前、产中、产后的监督工作带来了许多不便，因此也催生出大量的快速农药残留的检测技术，常见的有化学速测法、免疫分析法、酶抑制法和活体检测法等。但是上述方法一起仪器比较昂贵、操作复杂，同时对外界环境有很强的依赖性，不利于随时随地的现场检测，限制了其在当前的应用和发展。因此迫切需要开发一种特异性强、灵敏度高、速度快、成本低、检测范围广的便携式分析检测方法来适应形势的发展。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供了一种操作简单、检测速度快、成本低廉、高选择性的可视化检测农药残留的方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过构建一种新型的微流控纸芯片结合分子印迹技术来实现的葡萄糖生物传感器，该分子印迹比色生物传感器的制备方法为：

（1）在计算机上设计微流控纸芯片的疏水蜡批量打印图案，式样如附图1所示，该微流控纸芯片包括二个蜡打印图案分别为A和B，A用于原位合成分子印迹聚合物，B用于固定3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺；

（2）制备合成铁酸锌；

（3）在纸芯片A亲水区域固定上述制备合成铁酸锌；

（4）在纸芯片A亲水区域原位光聚合合成分子印迹聚合物；

（5）洗脱分子印迹聚合物模板分子；

（6）在纸芯片B亲水区域固定3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺；

（7）利用在纸芯片A亲水区域原位光聚合合成分子印迹聚合物吸附不同浓度的农药残留；

（8）如附图2所示将构建的微流控纸芯片A和B折叠，并用自制夹片夹住微流控纸芯片，然后加入双氧水溶液引发反应，通过观察纸芯片B亲水区域的颜色变化，即可确定农药残留浓度范围。

本发明所述的纸材料为普通滤纸、吸水纸或者色谱纸。

本发明所述微流控纸芯片制备过程如下：在计算机上设计微流控纸芯片的疏水蜡批量打印图案，式样如附图1所示，该微流控纸芯片包括二个蜡打印图案分别为A和B，A亲水区域用于原位合成分子印迹聚合物，B亲水区域用于固定3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺，其中单个单元尺寸范围为15mm-35mm，亲水区域直径尺寸范围为5mm-8mm。

本发明所述制备合成铁酸锌，包括以下步骤：首先利用ZnCl₂和NaBH₄反应制备合成ZnO；利用FeCl₃、抗坏血酸与上述制备的ZnO混合物与水合肼反应利用水热法即制备得到铁酸锌。

本发明所述在纸芯片A亲水区域固定铁酸锌，包括以下步骤：将制备的铁酸锌浸入到邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯搅拌，使其表面带正电，然后将上述制备的溶液加入到A亲水区域。

本发明所述在纸芯片A亲水区域固定上述制备合成铁酸锌包括以下步骤：将10 μL20 mM的3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺加入到B亲水区域室温晾干。

本发明所述在纸芯片A亲水区域原位光聚合合成分子印迹聚合物包括以下步骤：按照一定比例将农药残留模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂、引发剂按一定比例混合，N₂除氧，滴加到纸芯片A亲水区域，在紫外灯下照射引发反应，制备分子印迹聚合物。

本发明所述洗脱分子印迹聚合物模板分子包括以下步骤：利用洗脱液将分子印迹聚合物模板分子洗脱备用。

本发明所述农药残留测定过程，式样如附图2所示，首先将构建的微流控纸芯片A、B折叠夹住，通过纸芯片B亲水区域加入双氧水溶液，引发反应，通过观察纸芯片B亲水区域的颜色变化即可得到农药残留的浓度范围。

本发明所述的洗脱剂为乙酸-甲醇。

本发明所述的功能单体为丙烯酰胺；交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯；引发剂为安息香乙醚；致孔剂为乙二睛。

本发明的有益效果：

（1）在微流控纸芯片原位合成分子印迹聚合物，极大地缩短了反应时间，极大地提高了生物传感器的选择性；

（2）将分子印迹技术引入到微流控纸芯片，降低了检测成本；

（3）生物燃料电池可以自行产生电信号，无需外加能量激发反应，摆脱了对能源要求的限制，有利于随时随地的现场检测；

（4）结合比色可以通过肉眼确定农药残留的浓度范围，有利于推广应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步详细描述

图1微流控纸芯片的疏水蜡批量打印图案；

图2微流控纸芯片折叠示意图。

具体实施方式

实施例1：顺式氰戊菊酯的检测

（1）在计算机上利用Adobe Illustrator CS4软件设计微流控纸芯片，式样如附图1所示，该微流控纸芯片包括二个蜡打印疏水区域分别为A和B，单个单元大小为15×15mm，A亲水区域用于原位合成分子印迹聚合物，B亲水区域用于固定3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺，亲水区域的直径为6 mm；

（2）制备合成铁酸锌，首先合成ZnO，将80 mL二次水加入三口烧瓶加热至80℃，随后加入0.8 mmol的ZnCl₂和4 mmol的NaBH₄搅拌2 h，离心洗涤，60℃干燥备用；铁酸锌合成：将0.097 g FeCl₃、0.053 g抗坏血酸与上述制备的0.024 g ZnO混合加入1 mL水合肼中超声30 s混匀，搅拌反应30 min，转移至高压釜180℃反应12 h，离心水洗，60℃干燥，即制备得到铁酸锌；

（3）将制备的铁酸锌浸入到质量浓度为0.20%的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯搅拌30 min，使其表面带正电，然后将上述制备的10 μL溶液加入到纸芯片A亲水区域；

（4）将0.0205 g顺式氰戊菊酯与0.028 g丙烯酰胺加入到2 mL的二甲基亚砜中超声溶解，通N₂除氧，在黑暗中保存12 h，使得模板分子和功能单体自组装，将8 mL苯乙烯、1.5 mL乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.015 g安息香乙醚溶解到5 mL乙腈中，与上述溶液超声混合均匀，取10 μL溶液滴加到纸芯片A亲水区域，在N₂条件下利用365 nm波长的紫外灯照射反应3 h，即可得到分子印迹聚合物；

（5）将含有分子印迹聚合物的纸芯片A亲水区域浸入含有体积比为1:9的乙酸-甲醇混合液中，震荡2 h，即可完成模板分子的洗脱；

（6）将 10 μL 20 mM的3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺滴加到纸芯片B亲水区域，室温晾干；

（7）将含有不同浓度的10 μL顺式氰戊菊酯溶液加入到含有分子印迹聚合物的纸芯片A亲水区域，反应30 min，利用二次水冲洗未吸附的顺式氰戊菊酯；

（8）将纸芯片A和B折叠，式样如附图2所示，使其亲水区域完全重叠，随后用自制夹片夹住，由纸芯片B的亲水区域加入5 μL质量浓度为2 %的双氧水溶液，通过观察纸芯片B亲水区域的颜色变化，得到顺式氰戊菊酯的浓度范围，本发明对顺式氰戊菊酯测定的线性范围为10 nM-100 μM，可以用于实际样品的测定。

Claims

1.一种纸基可视化分子印迹生物传感器检测农药残留的方法，其特征是包括以下步骤：

（1）在计算机上设计微流控纸芯片的疏水蜡批量打印图案，该微流控纸芯片包括二个蜡打印疏水区域分别为A和B，A用于原位合成分子印迹聚合物，B用于固定3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺；

（2）制备合成铁酸锌，并修饰在纸芯片A亲水区域，首先合成ZnO，将80 mL二次水加入三口烧瓶加热至80℃，随后加入0.8 mmol的ZnCl₂和4 mmol的NaBH₄搅拌2 h，离心洗涤，60℃干燥备用；铁酸锌合成：将0.097 g FeCl₃、0.053 g抗坏血酸与上述制备的0.024 g ZnO混合加入1 mL水合肼中超声30 s混匀，搅拌反应30 min，转移至高压釜180℃反应12 h，离心水洗，60℃干燥，即制备得到铁酸锌；将制备的铁酸锌浸入到质量浓度为0.20%的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯搅拌30 min，使其表面带正电，然后将上述制备的10 μL溶液加入到纸芯片A亲水区域，通过静电作用，即可将铁酸锌固定在纸芯片A亲水区域；

（3）按一定比例混合0.0205 g顺式氰戊菊酯（模板分子）和0.028 g丙烯酰胺（功能单体）溶解到2 mL二甲基亚砜中超声溶解，通N₂除氧，在黑暗中保存12 h，使得模板分子和功能单体自组装，将8 mL苯乙烯、1.5 mL乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.015 g安息香乙醚溶解到5mL乙腈中，与上述溶液超声混合均匀，取10 μL溶液滴加到纸芯片A亲水区域，在N₂条件下利用365 nm波长的紫外灯照射反应3 h，在紫外灯照射下原位光聚合合成分子印迹聚合物；

（4）利用洗脱剂洗脱分子印迹聚合物模板分子；

（5）在纸芯片B亲水区域固定3,3^’,5,5^’-四甲基联苯胺；

（6）利用在纸芯片A亲水区域原位光聚合合成分子印迹聚合物吸附不同浓度的农药残留；

（7）将构建的微流控纸芯片A和B折叠，并用自制夹片夹住微流控纸芯片，然后加入双氧水溶液引发反应，通过观察纸芯片B亲水区域的颜色变化，即可确定农药残留浓度范围。

2.根据权利要求1所述一种纸基可视化分子印迹生物传感器检测农药残留的方法，洗脱分子印迹聚合物模板分子，其特征是：多选择的洗脱剂是体积比为1:9的乙酸-甲醇混合液，将含有分子印迹聚合物的纸芯片A亲水区域浸入体积比为1:9的乙酸-甲醇混合液中，震荡2 h，即可完成模板分子的洗脱。

3.根据权利要求1所述一种纸基可视化分子印迹生物传感器检测农药残留的方法，在纸芯片A亲水区域原位光聚合合成分子印迹聚合物吸附不同浓度的农药残留，其特征是：将含有不同浓度的10 μL顺式氰戊菊酯溶液加入到含有分子印迹聚合物的纸芯片A亲水区域，反应30 min，利用二次水冲洗未吸附的顺式氰戊菊酯。

4.根据权利要求1所述一种纸基可视化分子印迹生物传感器检测农药残留的方法，进行顺式氰戊菊酯测定，其特征是：将纸芯片A和B折叠，使其亲水区域完全重叠，随后用自制夹片夹住，由纸芯片B的亲水区域加入5 μL质量浓度为2 %的双氧水溶液，通过观察纸芯片B亲水区域的颜色变化，得到顺式氰戊菊酯的浓度范围，对顺式氰戊菊酯测定的线性范围为10 nM-100 μM，可以用于实际样品的测定。