CN105334252A - 一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器及其制备方法，传感器电极表面的复合薄膜为金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合物与分子印迹聚合物，金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合物膜具有大的比表面积和三维有序介孔结构，分子印迹聚合物能提供与桔霉素分子相对应的分子印迹孔穴。制备时，将金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料覆于石英晶体金电极表面，将其置于含有假模板、功能单体的电解质溶液中进行电化学聚合反应，反应完成后去除假模板得到的分子印迹压电传感器可以对桔霉素进行检测。本发明方法简单，成本低廉，具有良好的选择性、重复性和抗干扰能力，并成功应用于实际样品中桔霉素的检测。

Description

一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及基于分子印迹技术的压电传感器，具体为一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器及其制备方法。
背景技术
桔霉素(Ctrinin,Cit)是由一些丝状真菌属、红曲霉属、曲霉属和青霉属产生的有毒次生代谢产物，常常污染谷物、食品、饲料、生物体液等。除了很强的肾毒性作用之外，研究发现桔霉素还具有致癌、致突变、致畸作用。到目前为止，桔霉素的定性和定量的方法主要有高效液相色谱分析法，薄层层析法，酶联免疫吸附法，液相色谱质谱联用分析法，抑菌圈法等。但是由于桔霉素在食品中的稳定性较差以及缺乏合适准确的分析方法，目前世界范围内并没有统一的标准。因此，为了保护公众的健康，促进国际贸易的发展，急需建立一种准确并在国际范围能广泛使用的检测手段。
分子印迹压电传感器以高特异性的印迹聚合物膜作为感应识别元件，通过适当的方式固定在压电电极表面，当该印迹聚合物膜与目标物分子特异性结合时，目标物分子便会进入到印迹聚合物膜中，导致石英晶振频率发生变化，从而实现对目标物检测分析。电聚合法作为一种快捷、简便、膜附着力强、膜厚度可控和易于进行其他物质掺杂的聚合物膜修饰方法，在分子印迹聚合物膜敏感膜的制备方面获得广泛应用。然而，由于电聚合法制备的分子印迹聚合物膜通常较为致密，导致其中有效的印迹位点有限。通过在电极上修饰一层金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料，可以有效增大电极的比表面积，从而在聚合过程中形成更多有效的印迹位点，克服电聚合法形成有效印迹位点有限的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种分子印迹压电传感器，它对桔霉素的选择识别性好，检测灵敏度高。本发明还提供一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器的制备方法。
要解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器，所述传感器为石英晶体金电极，英晶体金电极表面包裹复合薄膜，所述复合薄膜由金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合物和分子印迹聚合物组成。
进一步，所述用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照1mL1％氯金酸溶液加入99mL双蒸水中的比例，将氯金酸溶液加入双蒸水中，搅拌均匀后加热，待溶液沸腾，再按100mL0.01％氯金酸溶液加2.25mL1％柠檬酸三钠溶液的比例，迅速向其中加入柠檬酸三钠溶液；待溶液完全变为酒红色后，继续加热13-16min，然后停止加热，继续搅拌直至溶液冷却至室温；最后，用双蒸水定容溶液至氯金酸溶液被双蒸水稀释后的体积(即如果按照1mL1％氯金酸溶液加入99mL双蒸水中的比例，就定容到100mL)，即获得胶体金溶液，4℃避光保存；将介孔碳CMK-3按照与胶体金溶液体积比1:3-1:4的比例加入上述胶体金溶液中，搅拌3.5-4.5h，得到的金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料，离心后收集，并真空干燥；金纳米颗粒介孔碳CMK-3粒径为17nm。
(2)将石英晶体金电极在乙醇溶液中超声清洗，在空气中晾干后，在电极表面覆盖有金盘的部分上滴加150-200μL新配置Piranha溶液，5min后，先用大量二次水冲洗电极，然后分别在丙酮和乙醇中各超声清洗一次，洗涤后的石英晶体金电极于氮气下吹干备用；二次水第二次蒸馏过的水。
将金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，配制其浓度为0.5–1mgmL-1，超声使其分散均匀，得到分散液；然后取4μL–10μL分散液滴涂在石英晶体金电极表面，室温干燥；
(3)将修饰有金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料涂层的石英晶体金电极置于20mmolL-1邻氨基苯硫酚的乙醇溶液中自组装10-18h后，取出后依次用乙醇和双蒸水小心冲洗，再将其置于10mmolL-11-羟基-2-萘甲酸的甲醇溶液中自组装4-6h，取出后用乙醇冲洗，室温下氮气吹干；
将自组装后的电极置于含有邻氨基苯硫酚、1-羟基-2-萘甲酸、四丁基高氯酸铵和稀盐酸的通氮除氧后的甲醇溶液中，采用循环伏安法在该溶液中进行电聚合，其扫描电位范围为-0.2～+1.2V，扫描圈数为15-25圈，其中邻氨基苯硫酚、1-羟基-2-萘甲酸、四丁基高氯酸铵和稀盐酸的浓度比例为4:2:1:2；
(4)将制备好的电极置于甲醇：500mmolL-1盐酸＝9:1(v/v)的溶液中，在搅拌状态下连续洗脱三次，每次约15min，以去除聚合物中固定的假模板1-羟基-2-萘甲酸，得到能够特异性识别桔霉素的分子印迹孔穴。
本发明对6×10-9-2×10-7molL-1浓度范围内桔霉素具有良好的响应能力，检测限为1.78×10-9molL-1(S/N＝3)。可以用于谷物样品中桔霉素的检测。
所谓自组装(self-assembly)，是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。
本发明的优点和积极效果：
1.本发明提供的分子印迹聚合物是以桔霉素的结构类似物1-羟基-2-萘甲酸为假模板制备的，对桔霉素具有很高的选择特异性；本发明提供的传感器制备简单，反应条件容易控制，有较高的稳定性、较长的使用寿命和较强的抗干扰能力。
2.本发明重点突破了桔霉素检测时存在的样品前处理过程繁琐、仪器昂贵，操作复杂、测试成本高等弊端，为实际应用过程中复杂样品中桔霉素的检测提供了一种新颖、快速且具有高灵敏度和准确性的分析检测手段。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，但不限定本发明的保护范围。
本发明通过在修饰有金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料的石英晶体金电极表面电聚合分子印迹聚合物膜制备了一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器。
实施例1：
一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器的制备方法，制备方法的步骤是：
(1)取1mL1％氯金酸溶液加入99mL双蒸水中，搅拌均匀后加热，待溶液沸腾，迅速向其中加入2.25mL1％柠檬酸三钠溶液。随着反应进行，溶液颜色由黄色逐渐向酒红色转变，待溶液完全变为酒红色后，继续加热15min，然后停止加热，继续搅拌直至溶液冷却至室温。最后，用双蒸水定容溶液至100mL，即获得胶体金溶液，4℃避光保存。将30mg介孔碳CMK-3加入100mL上述胶体金溶液中，搅拌4h，得到的金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料离心后收集，并真空干燥。
(2)将石英晶体金电极于乙醇溶液中超声清洗，在空气中晾干后，在电极表面覆盖有金盘的部分上滴加适量新配置的“Piranha”溶液(30％H2O2：浓H2SO4＝1：3，v/v)，5min后，先用大量二次水冲洗电极，然后于丙酮和乙醇中各超声清洗一次，洗涤后的石英晶体金电极于氮气下吹干备用。当使用电极时，将石英晶体金电极组装于聚四氟乙烯固定架中，使得其一面的金盘暴露在空气相中，而另一面金盘暴露于液相溶液中。
取5mg金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料分散于10mLN,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声使其分散均匀。然后取5μL此分散液滴涂在石英晶体金电极表面，室温干燥。
(3)将修饰有金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料涂层的石英晶体金电极置于20mmolL-1邻氨基苯硫酚的乙醇溶液中自组装12h后，取出后依次用乙醇和双蒸水小心冲洗，再将其置于10mmolL-11-羟基-2-萘甲酸的甲醇溶液中自组装6h，取出后用乙醇小心冲洗，室温下氮气吹干。
将自组装后的电极置于含有20mmolL-1邻氨基苯硫酚、10mmolL-11-羟基-2-萘甲酸、5mmolL-1四丁基高氯酸铵以及10mmolL-1盐酸的通氮除氧后的甲醇溶液中，采用循环伏安法在该溶液中进行电聚合，其扫描电位范围为-0.2～+1.2V，扫描圈数为20圈，扫速50mVs-1。
(4)将制备好的电极置于甲醇：500mmolL-1盐酸＝9:1(v/v)的溶液中，在搅拌状态下连续洗脱三次，每次15min，以去除聚合物中固定的假模板1-羟基-2-萘甲酸，得到能够特异性识别桔霉素的分子印迹孔穴。
实施例2：
上述用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器对实际样品中桔霉素的测试：
分别利用本发明所述的传感器和高效液相色谱法对实际样品(大米、小麦、米醋)中的桔霉素进行分析测定，均未检出桔霉素。采用标准加入法进行加标回收实验，于三个浓度下利用本发明所述的传感器分别平行测定三次，计算回收率为85.8％～93.1％。
以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器，所述传感器为石英晶体金电极，其特征在于，英晶体金电极表面包裹复合薄膜，所述复合薄膜由金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合物和分子印迹聚合物组成。
2.一种权利要求1或2所述用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照1mL1％氯金酸溶液加入99mL双蒸水中的比例，将氯金酸溶液加入双蒸水中，搅拌均匀后加热，待溶液沸腾，再按100mL0.01％氯金酸溶液加2.25mL1％柠檬酸三钠溶液的比例，迅速向其中加入柠檬酸三钠溶液；待溶液完全变为酒红色后，继续加热13-16min，然后停止加热，继续搅拌直至溶液冷却至室温；最后，用双蒸水定容溶液至氯金酸溶液被双蒸水稀释后的体积，即获得胶体金溶液，4℃避光保存；将介孔碳CMK-3按照与胶体金溶液体积比1:3-1:4的比例加入上述胶体金溶液中，搅拌3.5-4.5h，得到的金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料，离心后收集，并真空干燥；
(2)将石英晶体金电极在乙醇溶液中超声清洗，在空气中晾干后，在电极表面覆盖有金盘的部分上滴加150-200μL新配置Piranha溶液，5min后，先用大量二次水冲洗电极，然后分别在丙酮和乙醇中各超声清洗一次，洗涤后的石英晶体金电极于氮气下吹干备用；
将金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，配制其浓度为0.5–1mgmL-1，超声使其分散均匀，得到分散液；然后取4μL–10μL分散液滴涂在石英晶体金电极表面，室温干燥；
(3)将修饰有金纳米颗粒介孔碳CMK-3复合材料涂层的石英晶体金电极置于20mmolL-1邻氨基苯硫酚的乙醇溶液中自组装10-18h后，取出后依次用乙醇和双蒸水小心冲洗，再将其置于10mmolL-11-羟基-2-萘甲酸的甲醇溶液中自组装4-6h，取出后用乙醇冲洗，室温下氮气吹干；
将自组装后的电极置于含有邻氨基苯硫酚、1-羟基-2-萘甲酸、四丁基高氯酸铵和稀盐酸的通氮除氧后的甲醇溶液中，采用循环伏安法在该溶液中进行电聚合，其扫描电位范围为-0.2～+1.2V，扫描圈数为15-25圈，其中邻氨基苯硫酚、1-羟基-2-萘甲酸、四丁基高氯酸铵和稀盐酸的浓度比例为4:2:1:2；
(4)将制备好的电极置于甲醇：500mmolL-1盐酸＝9:1(v/v)的溶液中，在搅拌状态下连续洗脱三次，每次约15min，以去除聚合物中固定的假模板1-羟基-2-萘甲酸，得到能够特异性识别桔霉素的分子印迹孔穴。
3.根据权利要求1所述的用于检测痕量桔霉素的分子印迹压电传感器的制备方法，其特征在于，所述金纳米颗粒介孔碳CMK-3粒径为17nm。
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