CN105738445A - 一种分子印迹传感器及对双酚a的检测方法 - Google Patents

一种分子印迹传感器及对双酚a的检测方法 Download PDF

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Abstract

一种分子印迹传感器及对双酚A的检测方法，本发明方法在增敏材料纳米金修饰电极表面，结合组装法和表面溶胶?凝胶法制备一种测定双酚A的二氧化钛分子印迹膜的分子印迹传感器。本发明纳米金的增敏作用和表面分子印迹方法，以铁氰化钾为电化学探针，可以快速、灵敏和特异性地检测双酚A。本发明只需要改变模板分子，可以实现对其它底物的检测。本发明适用于电化学分子印迹传感器法测定双酚A。

Description

一种分子印迹传感器及对双酚A的检测方法
技术领域
本发明涉及一种分子印迹传感器及对双酚A的检测方法，尤其涉及一种基于金纳米粒子的信号放大，结合组装法和表面溶胶-凝胶法制备分子印迹传感器及其检测双酚A的方法，本发明属于化学传感和电分析化学检测技术领域。
背景技术
双酚A是环境雌激素类化合物之一，能够进入生物体内模仿、阻碍、干扰或者改变生物体自身激素作用，导致身体内分泌系统紊乱，阻碍神经系统传输，降低机体免疫功能，甚至导致器官畸形和癌变，严重威胁人体的健康和生存。因此，对双酚A快速准确的检测具有重要的现实意义。
金纳米粒子具有较大的比表面积可以有效增加分子的负载量，且可与生物分子良好兼容，用它作为增敏材料可以有效提高电化学传感器的灵敏度、稳定性以及生物相容性。
分子印迹技术是制备对所选目标分子具有专一选择性功能的分子印迹聚合物的技术，其基本思路是，以目标分子为模板分子，选择合适的功能单体，在一定条件下引发聚合形成三维高分子聚合物，然后洗去模板分子，留下与之空间结构完全匹配的三维空穴。传统方法制得的分子印迹聚合膜虽也具有良好的专一选择能力，但是由于大多数识别位点都位于聚合物内部，印迹分子难以被洗脱和再结合，就导致分子印迹有效识别位点密度低，电子传质阻力大，电化学响应慢等缺点。
纳米材料的引入如碳纳米管、金纳米粒子、石墨烯、纳米二氧化硅等纳米材料的引入可有效增大分子印迹膜的比表面积而提高识别位点的数量，大大提高分子印迹电化学传感器的灵敏度。此外，利用表面分子印迹技术得到的分子印迹薄膜大多结合位点位于或接近材料表面，对目标分子具有高亲和力和选择性，可有效改善使用传统方法制作所得的分子印迹聚合物有效识别位点密度低，由于识别位点位于聚合物深处而导致对目标分子的响应速度慢等缺点。
本发明将金纳米粒子固定在基础电极表面作为增敏材料，然后结合组装法和表面溶胶-凝胶法的分子印迹技术制备测定双酚A的分子印迹传感器。通过高比表面积的金纳米材料有效增加分子识别位点的增敏作用，建立灵敏度高和稳定性好的测定双酚A的分子印迹电化学传感方法。
发明内容
本发明的目的是，根据传统分子印迹膜制备方法制备的分子印迹传感器在使用中存在的问题，本发明提供一种以金纳米粒子为分子印迹传感器的增敏材料，结合组装法和表面溶胶-凝胶法制备一种二氧化钛分子印迹膜的分子印迹传感器及对双酚A的检测方法。
实现本发明的技术方案是，本发明以电沉积法制备的纳米金为增敏材料，以钛醇盐为前驱体，以具有羟基官能团的双酚A为模板分子，利用二氧化钛和双酚A之间的强烈的氢键作用将模板分子包埋于二氧化钛溶胶中，结合组装法和表面溶胶-凝胶技术，制备得到分子印迹膜修饰电极即分子印迹传感器。利用分子印迹膜对双酚A的特异性结合作用，将分子印迹膜修饰电极作为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极，组成三电极体系，实现对双酚A的高灵敏检测。
本发明包括分子印迹传感器的制备方法和采用所述测定双酚A的分子印迹传感器对双酚A的检测方法。
本发明一种分子印迹传感器的制备方法步骤如下：
（1）将0.5~1.5mmol/L的双酚A溶解于50~150mmol的无水乙醇中，调节pH为1.0~4.0，搅拌使溶液混合均匀，然后再缓慢滴加1.0~5.0mmol钛酸正丁酯，搅拌均匀，所得溶液为A溶液。20~70mmol的无水乙醇和12~20mmol去离子水混合均匀，所得溶液为B溶液。在搅拌条件下，将B溶液缓慢滴入A溶液中，搅拌形成双酚A分子印迹二氧化钛溶胶。
（2）将干净的玻碳电极置于含有1.0~3.0mmol/L的HAuCl4溶液中，于1.4V~-0.2V范围内循环伏安扫描10~40圈（扫速50~150mV/s），制得纳米金修饰的玻碳电极。
（3）将纳米金修饰的玻碳电极依次置于含有6~15mmol/L的巯基己醇的乙醇溶液中自组装6~24h，（1）获得的双酚A分子印迹二氧化钛溶胶中5~25min，室温晾干，然后分别用无水乙醇和去离子水冲洗，高纯N2吹干，得到分子印迹膜-双酚A/纳米金修饰的玻碳电极，用0.1~3%的NaOH作为洗脱液洗脱分子印迹膜中的印迹分子双酚A，得到分子印迹聚合膜/纳米金修饰的玻碳电极，该修饰电极即为测定双酚A的分子印迹传感器。
本发明基于分子印迹传感器对双酚A的检测方法如下：
本发明利用分子印迹传感器中与双酚A相匹配的分子印迹空穴，对双酚A的特异性结合后，测试底液中的铁氰化钾电化学探针的电化学信号降低，实现对双酚A的检测，将前述的分子印迹传感器为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极，组成三电极体系，即可实现对双酚A的检测。
本发明分子印迹传感器测定双酚A的线性范围为1.0×10-8～1.0×10-5mol/L，检测限为0.6×10-8mol/L。利用同一根玻碳电极制备五次分子印迹传感器，测定其对双酚A的响应电流，其相对标准偏差为2.1%，利用3根玻碳电极平行制备的分子印迹传感器对双酚A测定的相对标准偏差为3.4%，说明该电极具有良好的重现性。该传感器置于4℃的环境中考察其稳定性，一周后，仍保留响应电流值的90%以上，表明该电极具有良好的稳定性。
本发明的工作原理是，本发明在纳米金修饰的电极表面，通过金硫键将巯基己醇固定，再通过组装法和表面溶胶-凝胶法得到分子印迹传感器，利用测试底液中的铁氰化钾的信号变化，建立一种分子印迹传感器检测双酚A的方法。
本发明的有益效果是，本发明通过在纳米金修饰的玻碳电极表面，结合组装法和溶胶-凝胶法形成的分子印迹传感器，由于纳米金的信号放大作用和表面分子印迹方法，提供了一种稳定、快速和和灵敏地检测双酚A的的分子印迹传感器方法。
本发明适用于分子印迹传感器测定双酚A。
附图说明
图1为本发明分子印迹传感器制备流程框图；
图2为本发明中纳米金修饰的玻碳电极的扫描电镜图；
图3为在5.0mmol/L铁氰化钾的PBS（pH=7.4）溶液中不同修饰电极的差分脉冲伏安图，其中，（a）分子印迹膜/纳米金修饰的玻碳电极，（b）分子印迹膜修饰的玻碳电极，（c）分子印迹膜-双酚A/纳米金修饰的玻碳电极；
图4为分子印迹聚合膜/纳米金修饰的玻碳电极对不同浓度的双酚A的差分脉冲伏安响应图；
图5为分子印迹传感器的电流响应对双酚A浓度的校准曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但决不限制本发明的保护范围。
本实施例分子印迹传感器制备方法如图1所示。
实施例1
基于纳米金制备分子印迹传感器。
（1）将0.5mmol/L的双酚A溶解于50mmol的无水乙醇中，调节pH为1.0，搅拌使溶液混合均匀，然后再缓慢滴加1.0mmol钛酸正丁酯，搅拌均匀，所得溶液为A溶液。20mmol的无水乙醇和12mmol去离子水混合均匀，所得溶液为B溶液。在搅拌条件下，将B溶液缓慢滴入A溶液中，搅拌形成双酚A分子印迹二氧化钛溶胶。
（2）将干净的玻碳电极置于含有1.0mmol/L的HAuCl4溶液中，于1.4V~-0.2V范围内循环伏安扫描40圈（扫速50mV/s），制得纳米金修饰的玻碳电极。
（3）将纳米金修饰的玻碳电极依次置于含有6mmol/L的巯基己醇的乙醇溶液中自组装24h，（1）获得的双酚A分子印迹二氧化钛溶胶中25min，室温晾干，然后分别用无水乙醇和去离子水冲洗，高纯N2吹干，得到分子印迹膜-双酚A/纳米金修饰的玻碳电极，用0.1%的NaOH作为洗脱液洗脱分子印迹膜中的印迹分子双酚A，得到分子印迹聚合膜/纳米金修饰的玻碳电极，该修饰电极即为测定双酚A的分子印迹传感器。
实施例2
基于纳米金制备分子印迹传感器。
（1）将1.5mmol/L的双酚A溶解于150mmol的无水乙醇中，调节pH为4.0，搅拌使溶液混合均匀，然后再缓慢滴加5.0mmol钛酸正丁酯，搅拌均匀，所得溶液为A溶液。70mmol的无水乙醇和20mmol去离子水混合均匀，所得溶液为B溶液。在搅拌条件下，将B溶液缓慢滴入A溶液中，搅拌形成双酚A分子印迹二氧化钛溶胶。
（2）将干净的玻碳电极置于含有3.0mmol/L的HAuCl4溶液中，于1.4V~-0.2V范围内循环伏安扫描10圈（扫速50mV/s），制得纳米金修饰的玻碳电极。
（3）将纳米金修饰的玻碳电极依次置于含有15mmol/L的巯基己醇的乙醇溶液中自组装6h，（1）获得的双酚A分子印迹二氧化钛溶胶中5min，室温晾干，然后分别用无水乙醇和去离子水冲洗，高纯N2吹干，得到分子印迹膜-双酚A/纳米金修饰的玻碳电极，用3%的NaOH作为洗脱液洗脱分子印迹膜中的印迹分子双酚A，得到分子印迹聚合膜/纳米金修饰的玻碳电极，该修饰电极即为测定双酚A的分子印迹传感器。
实施例3
基于纳米金制备分子印迹传感器。
（1）将1.2mmol/L的双酚A溶解于100mmol的无水乙醇中，调节pH为3，搅拌使溶液混合均匀，然后再缓慢滴加4.0mmol钛酸正丁酯，搅拌均匀，所得溶液为A溶液。50mmol的无水乙醇和16mmol去离子水混合均匀，所得溶液为B溶液。在搅拌条件下，将B溶液缓慢滴入A溶液中，搅拌形成双酚A分子印迹二氧化钛溶胶。
（2）将干净的玻碳电极置于含有2.0mmol/L的HAuCl4溶液中，于1.4V~-0.2V范围内循环伏安扫描15圈（扫速100mV/s），制得纳米金修饰的玻碳电极。
（3）将纳米金修饰的玻碳电极依次置于含有10mmol/L的巯基己醇的乙醇溶液中自组装12h，（1）获得的双酚A分子印迹二氧化钛溶胶中15min，室温晾干，然后分别用无水乙醇和去离子水冲洗，高纯N2吹干，得到分子印迹膜-双酚A/纳米金修饰的玻碳电极，用1%的NaOH作为洗脱液洗脱分子印迹膜中的印迹分子双酚A，得到分子印迹聚合膜/纳米金修饰的玻碳电极，该修饰电极即为测定双酚A的分子印迹传感器。
实施例4
将实施例3得到的纳米金修饰的玻碳电极进行扫描电镜表征。
纳米金修饰的玻碳电极的扫描电镜表征见图2，从图2可以看到形状规则的金纳米颗粒在玻碳电极表面均匀分布，颗粒的粒径分布在80nm-110nm之间。
实施例5
将实施例3得到的分子印迹传感器用于电化学测试：
（1）不同修饰电极的差分脉冲伏安测试。
分别将分子印迹膜/纳米金修饰的玻碳电极、分子印迹膜修饰的玻碳电极、和分子印迹膜-双酚A/纳米金修饰的玻碳电极为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极；底液为5.0mmol/L铁氰化钾的PBS（pH=7.4）；扫描电位范围0.5～-0.2V。差分脉冲伏安图见图3，从图3可见，纳米金对传感器有放大信号的作用；由于分子印迹膜的导电性差，铁氰化钾电化学探针很难与电极表面发生电子传递，因此没有明显的差分脉冲伏安峰电流。
（2）分子印迹传感器对双酚A的差分脉冲伏安测试。将分子印迹传感器为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极；底液为5.0mmol/L铁氰化钾的PBS（pH=7.4）；扫描电位范围0.5～-0.2V；将分子印迹传感器置于差分脉冲测试底液中，扫描得到空白电流I 0，然后再将分子印迹传感器置于一定浓度的双酚A溶液中孵育后，再扫描得到电流I，则传感器的响应电流为ΔI=I 0 -I，测定结果见图4和图5。测定双酚A的线性范围为1.0×10-8～1.0×10-5mol/L，检测限为0.6×10-8mol/L。该传感器置于4℃的环境中，一周后，仍保留响应电流值的90%以上。

Claims (4)

1.一种分子印迹传感器的制备方法，其特征在于，所述方法以电沉积法制备的纳米金为增敏材料，以钛醇盐为前驱体，以具有羟基官能团的双酚A为模板分子，利用二氧化钛和双酚A之间的强烈的氢键作用将模板分子包埋于二氧化钛溶胶中，结合组装法和表面溶胶-凝胶技术，制备得到分子印迹膜修饰电极即分子印迹传感器。
2.根据权利要求1所述一种分子印迹传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤为：
（1）将0.5~1.5mmol/L的双酚A溶解于50~150mmol的无水乙醇中，调节pH为1.0~4.0，搅拌使溶液混合均匀，然后再缓慢滴加1.0~5.0mmol钛酸正丁酯，搅拌均匀，所得溶液为A溶液；20~70mmol的无水乙醇和12~20mmol去离子水混合均匀，所得溶液为B溶液；在搅拌条件下，将B溶液缓慢滴入A溶液中，搅拌形成双酚A分子印迹二氧化钛溶胶；
（2）将干净的玻碳电极置于含有1.0~3.0mmol/L的HAuCl4溶液中，于1.4V~-0.2V范围内以50~150mV/s的扫描速度循环伏安扫描10~40圈，制得纳米金修饰的玻碳电极；
（3）将纳米金修饰的玻碳电极依次置于含有6~15mmol/L的巯基己醇的乙醇溶液中自组装6~24h，在获得的双酚A分子印迹二氧化钛溶胶中5~25min，室温晾干，然后分别用无水乙醇和去离子水冲洗，高纯N2吹干，得到分子印迹膜-双酚A/纳米金修饰的玻碳电极，用0.1~3%的NaOH作为洗脱液洗脱分子印迹膜中的印迹分子双酚A，得到分子印迹聚合膜/纳米金修饰的玻碳电极，该修饰电极即为测定双酚A的分子印迹传感器。
3.一种分子印迹传感器对双酚A的检测方法，其特征在于，所述方法如下：所述检测方法利用分子印迹传感器中与双酚A相匹配的分子印迹空穴，对双酚A的特异性结合后，测试底液中的铁氰化钾电化学探针的电化学信号降低，将分子印迹传感器为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极，组成三电极体系，即可实现对双酚A的高灵敏检测。
4.根据权利要求3所述一种分子印迹传感器对双酚A的检测方法，其特征在于，所述分子印迹传感器用于检测双酚A的线性范围为1.0×10-8～1.0×10-5mol/L，检测限为0.6×10-8mol/L。
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