CN107688049A - 一种分子印迹聚合物天麻素电化学传感器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料和电化学传感的交叉技术领域，涉及一种基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯‑银纳米颗粒/泡沫镍的天麻素电化学传感器的制备方法；采用Hummers法制备氧化石墨烯，将氧化石墨烯和银氨溶液共还原成还原氧化石墨烯和银纳米颗粒沉积在泡沫镍表面；以吡咯为单体，天麻素为模板分子，在修饰的泡沫镍电极表面通过电聚合生成聚吡咯；去除模版分子制得具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯‑银纳米颗粒/泡沫镍的体系；拟合天麻素在该体系的电解液中浓度与氧化电流峰强度之间的线性关系，构建基于该体系的天麻素电化学传感器；该传感器工艺简单，制备成本低，产品灵敏度高，可作为一种新颖的电化学传感器用于天麻素的高效检测。

Description

一种分子印迹聚合物天麻素电化学传感器的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料和电化学传感的交叉技术领域，涉及一种基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍的纳米复合材料天麻素电化学传感器的制备方法，其制备的传感器可用于天麻素的高效检测。
背景技术：
天麻素是一种从兰科植物天麻中提取出来的重要的水溶性生物活性成分，它具有较好的镇静和安眠作用，对神经衰弱、失眠、头痛症状有缓解作用。在临床应用上，天麻素可用于治疗眩晕、肢体麻木、惊痛抽搐、动脉供血不足、前庭神经元炎等疾病。由于其良好的药理特性，天麻素作为一种重要的中草药原料，被广泛应用于药物研究和制药工业中。生物样品中检测到的天麻素水平可以作为监测人体健康因素的一个可靠指标，对于诊断和治疗相关疾病起着重要作用。因此，开发一种简单而有效的天麻素检测分析方法尤为重要。
目前，已有一些传统的分析检测方法被用来检测天麻素，主要包括高效液相色谱法、毛细管电泳法、液相色谱法、基于分子印迹的固相萃取法等等。这些传统的方法对天麻素检测具有一定的局限性，复杂的预浓缩处理、耗时的操作、高成本、低灵敏度等因素限制了其实际应用。与此相反，电化学分析方法(传统的电化学传感器)具有许多独特的优点，如方法简单、成本低和灵敏度高，因此受到了广泛的关注。由于在实际样品中，潜在共存一些其他天然活性成分的生物分子，传统的电化学传感器容易遭受这些共存物质的干扰。因此，建立一种高效的高选择性的检测天麻素的电化学方法是一个有意义的、富有挑战性的研究。
分子印迹技术是一种对特定分子具有特异性识别能力的新的电化学检测方法，它克服了传统检测方法选择性低的缺陷，近年来吸引了越来越多的关注。分子印迹聚合物是一种含有丰富内部的微腔(结合位点)的一类物质，这些微腔是由模板分子洗脱而来，微腔可以三维识别特定的受体(目标物)，从形状、尺寸和功能等方面使印迹孔穴和模板完成互补结合。分子印迹聚合物具有机械稳定性、易于制备、操作条件简便、特异性高等优点，基于这些优点，分子印迹聚合物被广泛应用于识别和检测一些小分子或者生物大分子，以及用于其它重要领域包括生物分离、色谱萃取，药物输送等。
以分子印迹聚合物作为特异性识别元件、电化学传感器作为信号输出源的分子印迹聚合物型电化学传感器具有高选择性和高灵敏度。到目前为止，尚未有关于天麻素电化学传感器的报道，也没有基于分子印迹聚合物的天麻素电化学传感器的报道。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，设计一种方法简单、成本低和灵敏度高的基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍的纳米复合材料天麻素电化学传感器的制备方法。
为了实现上述目的，本发明涉及的基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍的纳米复合材料天麻素电化学传感器的制备工艺包括以下步骤：
(1)将泡沫镍薄膜剪裁成1厘米×1厘米尺寸，用pH＝7.0的摩尔浓度为0.1毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液冲洗后，用电极夹固定，浸没在盛有除氧的磷酸盐缓冲溶液电解池中；
(2)将1.0克石墨加入250毫升圆底三口瓶中，滴加25毫升浓硫酸碳化石墨，缓慢搅拌反应24小时，之后加入1.5克高锰酸钾，将三口瓶转至冰水浴中冷却，继续搅拌反应30分钟，然后升温至60℃，搅拌反应45分钟，其间每间隔15分钟加入3毫升二次蒸馏水，反应完毕后，加入180毫升二次蒸馏水用以终止反应，产物冷却至室温，将溶液过滤，沉淀物经过二次蒸馏水洗涤和真空干燥，得到氧化石墨烯，再将制得的氧化石墨烯配制成1.0毫克/毫升的水分散液；
(3)在摩尔浓度为50毫摩/升的硝酸银水溶液中加入氨水制备得到40毫摩/升的银氨溶液，将配制的银氨溶液与步骤(2)制备的氧化石墨烯的水分散液以体积比1:1混合，混合溶液在室温下连续搅拌30分钟后，将混合溶液加入步骤(1)电解池中，采用循环伏安法在泡沫镍电极表面通过一步电沉积方法将氧化石墨烯和银氨溶液共还原成还原氧化石墨烯和银纳米颗粒沉积在泡沫镍表面，生成还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍；
(4)将步骤(3)制备的泡沫镍浸没在含有1毫摩/升天麻素、0.2摩/升吡咯和0.2摩/升氯化钾的pH＝7.0摩尔浓度为0.1毫摩/升的除氧磷酸盐缓冲溶液电解池中，采用循环伏安法，以吡咯为聚合单体、天麻素为模板分子在修饰的泡沫镍电极表面通过电聚合反应生成聚吡咯，循环伏安法扫描速率为0～50毫伏/秒，扫描电压0～2.0伏，循环次数0～20圈；
(5)将步骤(4)生成的泡沫镍电极浸没在浓度为0.5摩/升的氢氧化纳溶液中，采用循环伏安法扫描10圈去除模板分子天麻素，最终在还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍电极表面形成了具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系样品；
(6)用传统的三电极系统对泡沫镍体系样品进行电化学测量，在pH＝7.0的摩尔浓度为0.1毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液电解池中，加入0.1毫摩/升的铁氰化钾作为电化学信号探针，将步骤(5)制得的具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系样品作为工作电极，采用差示脉冲伏安法测定泡沫镍体系样品在不同浓度天麻素存在下的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度Ip(微安)与天麻素浓度的对数([天麻素],1×10-5～1×10-3毫摩/升)之间的线性关系：Ip(微安)＝-255.21Log[天麻素]－669.37，即获得基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系的天麻素电化学传感器。
本发明与现有技术相比，采用泡沫镍为基底材料，在其表面共还原沉积还原氧化石墨烯和银纳米颗粒，采用原位电聚合方法生长天麻素印迹聚吡咯，制备天麻素印迹聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系，以铁氰化钾为信号探针，基于天麻素在该体系界面的电化学响应，可构建基于该体系的天麻素电化学传感器；其制备工艺简单，制备成本低，产品灵敏度高，能够发展成为一种新颖的电化学生物传感器，适用于生物样品中天麻素的高效检测。
附图说明：
图1为本发明涉及的基于天麻素印迹聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系的电化学传感器的制备与天麻素电化学信号检测的工艺过程原理示意图。
图2为本发明涉及的电化学传感器随着天麻素浓度的增加对铁氰化钾电化学信号的响应，以及传感器氧化电流峰强度与天麻素浓度之间的线性关系示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例基于印迹聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系的天麻素电化学传感器的制备示意图参见图1所示，首先将泡沫镍薄膜剪裁成1厘米×1厘米尺寸，用pH＝7.0摩尔浓度为0.1毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液冲洗后，用电极夹固定，浸没在盛有除氧的磷酸盐缓冲溶液电解池中；采用Hummers方法制备氧化石墨烯，将1.0克石墨加入250毫升圆底三口瓶中，滴加25毫升浓硫酸碳化石墨，缓慢搅拌反应24小时，之后加入1.5克高锰酸钾，将三口瓶转至冰水浴中冷却，继续搅拌反应30分钟，然后升温至60℃，搅拌反应45分钟，其间每间隔15分钟加入3毫升二次蒸馏水，反应完毕后，加入180毫升二次蒸馏水用以终止反应，产物冷却至室温，将溶液过滤，沉淀物经过洗涤干燥，得到氧化石墨烯，将制得的氧化石墨烯配制成1.0毫克/毫升的水分散液；在摩尔浓度为50毫摩/升的硝酸银水溶液中加入氨水制备得到40毫摩/升的银氨溶液，将配制的银氨溶液与制备的氧化石墨烯的水分散液以体积比1:1混合，混合溶液在室温下连续搅拌30分钟后，将混合溶液加入电解池中，采用循环伏安法在泡沫镍电极表面通过一步电沉积方法将氧化石墨烯和银氨溶液共还原成还原氧化石墨烯和银纳米颗粒沉积在泡沫镍表面，生成还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍；将制备的还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍浸没在含有1毫摩/升天麻素、0.2摩/升吡咯和0.2摩/升氯化钾的pH＝7.0摩尔浓度为0.1毫摩/升的除氧磷酸盐缓冲溶液电解池中，采用循环伏安法，以吡咯为聚合单体、天麻素为模板分子在修饰的泡沫镍电极表面通过电聚合反应生成聚吡咯，循环伏安法扫描速率为0～50毫伏/秒，扫描电压0～2.0伏，循环次数0～20圈，将生成的泡沫镍浸没在0.5摩/升的氢氧化纳溶液中，用循环伏安法扫描10圈去除模板分子天麻素，在还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍表面形成了具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系；用传统的三电极系统对样品进行电化学测量，在pH＝7.0摩尔浓度为0.1毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液电解池中，加入0.1毫摩/升的铁氰化钾作为电化学信号探针，将制得的具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系作为工作电极，采用差示脉冲伏安法测定该体系在不同浓度天麻素存在下的电化学曲线(参见图2(a))，拟合氧化电流峰强度Ip(微安)与天麻素浓度对数([天麻素],1×10-5～1×10-3毫摩/升)之间的线性关系(参见图2(b))：Ip(微安)＝-255.21Log[天麻素]－669.37，即获得基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系的天麻素电化学传感器。该传感器制备工艺简单，成本低，具备高灵敏性和高选择性，对天麻素浓度的检测范围是10纳摩/升～1微摩/升，检测极限为1纳摩/升。
实施例2：
本实施例中泡沫镍薄膜的剪裁和冲洗处理，Hummers方法制备氧化石墨烯，一步电沉积方法将氧化石墨烯和银氨溶液共还原成还原氧化石墨烯和银纳米颗粒沉积在泡沫镍表面(具体方法同实施例1)，将制备的还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍浸没在含有2毫摩/升天麻素、0.5摩/升吡咯和0.5摩/升氯化钾的pH＝7.4摩尔浓度为0.2毫摩/升的除氧磷酸盐缓冲溶液电解池中，采用循环伏安法，以吡咯为聚合单体、天麻素为模板分子在修饰的泡沫镍电极表面通过电聚合反应生成聚吡咯，循环伏安法扫描速率为0～40毫伏/秒，扫描电压0～2.5伏，循环次数0～30圈，将生成的泡沫镍浸没在0.5摩/升的氢氧化纳溶液中，用循环伏安法扫描15圈去除模板分子天麻素，在还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍表面形成了具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系；用传统的三电极系统对样品进行电化学测量，在pH＝7.4摩尔浓度为0.2毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液电解池中，加入0.2毫摩/升的铁氰化钾作为电化学信号探针，将制得的具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系作为工作电极，采用差示脉冲伏安法测定该体系在不同浓度天麻素存在下的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度Ip(微安)与天麻素浓度的对数之间的线性关系，即获得基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系的天麻素电化学传感器。该传感器制备工艺简单，成本低，具备高灵敏性和高选择性，对天麻素浓度的检测范围是15纳摩/升～10微摩/升，检测极限为5纳摩/升。
实施例3：
本实施例中泡沫镍薄膜的剪裁和冲洗处理，Hummers方法制备氧化石墨烯，一步电沉积方法将氧化石墨烯和银氨溶液共还原成还原氧化石墨烯和银纳米颗粒沉积在泡沫镍表面(具体方法同实施例1)，将制备的还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍浸没在含有5毫摩/升天麻素、1.0摩/升吡咯和1.0摩/升氯化钾的pH＝7.4摩尔浓度为0.5毫摩/升的除氧磷酸盐缓冲溶液电解池中，采用循环伏安法，以吡咯为聚合单体、天麻素为模板分子在修饰的泡沫镍电极表面通过电聚合反应生成聚吡咯，循环伏安法扫描速率为0～30毫伏/秒，扫描电压0～3伏，循环次数0～50圈，将生成的泡沫镍浸没在1.0摩/升的氢氧化纳溶液中，用循环伏安法扫描20圈去除模板分子天麻素，在还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍表面形成了具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系；用传统的三电极系统对样品进行电化学测量，在pH＝7.4摩尔浓度为0.5毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液电解池中，加入0.5毫摩/升的铁氰化钾作为电化学信号探针，将制得的具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系作为工作电极，采用差示脉冲伏安法测定该体系在不同浓度天麻素存在下的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度Ip(微安)与天麻素浓度的对数之间的线性关系，即获得基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系的天麻素电化学传感器。该传感器制备工艺简单，成本低，具备高灵敏性和高选择性，对天麻素浓度的检测范围是20纳摩/升～20微摩/升，检测极限为10纳摩/升。
与现有技术相比，本发明基于天麻素分子印迹聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系构建的天麻素电化学传感器，其制备工艺简单，制备成本低，操作简便快捷，适用于生物样品中天麻素的快速检测。

Claims (1)

1.一种分子印迹聚合物天麻素电化学传感器的制备方法，其特征在于具体工艺包括以下步骤：
(1)将泡沫镍薄膜剪裁成1厘米×1厘米尺寸，用pH＝7.0的摩尔浓度为0.1毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液冲洗后，用电极夹固定，浸没在盛有除氧的磷酸盐缓冲溶液电解池中；
(2)将1.0克石墨加入250毫升圆底三口瓶中，滴加25毫升浓硫酸碳化石墨，缓慢搅拌反应24小时，之后加入1.5克高锰酸钾，将三口瓶转至冰水浴中冷却，继续搅拌反应30分钟，然后升温至60℃，搅拌反应45分钟，其间每间隔15分钟加入3毫升二次蒸馏水，反应完毕后，加入180毫升二次蒸馏水用以终止反应，产物冷却至室温，将溶液过滤，沉淀物经过二次蒸馏水洗涤和真空干燥，得到氧化石墨烯，再将制得的氧化石墨烯配制成1.0毫克/毫升的水分散液；
(3)在摩尔浓度为50毫摩/升的硝酸银水溶液中加入氨水制备得到40毫摩/升的银氨溶液，将配制的银氨溶液与步骤(2)制备的氧化石墨烯的水分散液以体积比1:1混合，混合溶液在室温下连续搅拌30分钟后，将混合溶液加入步骤(1)电解池中，采用循环伏安法在泡沫镍电极表面通过一步电沉积方法将氧化石墨烯和银氨溶液共还原成还原氧化石墨烯和银纳米颗粒沉积在泡沫镍表面，生成还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍；
(4)将步骤(3)制备的泡沫镍浸没在含有1毫摩/升天麻素、0.2摩/升吡咯和0.2摩/升氯化钾的pH＝7.0摩尔浓度为0.1毫摩/升的除氧磷酸盐缓冲溶液电解池中，采用循环伏安法，以吡咯为聚合单体、天麻素为模板分子在修饰的泡沫镍电极表面通过电聚合反应生成聚吡咯，循环伏安法扫描速率为0～50毫伏/秒，扫描电压0～2.0伏，循环次数0～20圈；
(5)将步骤(4)生成的泡沫镍电极浸没在浓度为0.5摩/升的氢氧化纳溶液中，采用循环伏安法扫描10圈去除模板分子天麻素，最终在还原氧化石墨烯-银纳米颗粒修饰的泡沫镍电极表面形成了具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系样品；
(6)用传统的三电极系统对泡沫镍体系样品进行电化学测量，在pH＝7.0的摩尔浓度为0.1毫摩/升的磷酸盐缓冲溶液电解池中，加入0.1毫摩/升的铁氰化钾作为电化学信号探针，将步骤(5)制得的具有天麻素印迹的聚吡咯/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系样品作为工作电极，采用差示脉冲伏安法测定泡沫镍体系样品在不同浓度天麻素存在下的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度Ip(微安)与天麻素浓度的对数([天麻素],1×10-5～1×10-3毫摩/升)之间的线性关系：Ip(微安)＝-255.21Log[天麻素]－669.37，即获得基于分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-银纳米颗粒/泡沫镍体系的天麻素电化学传感器。
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