CN113533475A - 一种多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置及分析方法 - Google Patents

一种多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置及分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，所述装置包括：以不同磺胺类抗生素为模板的分子印迹纸基材料，条状滤纸通道以及电化学分析装置，分子印迹纸基材料设置于所述条状滤纸通道的第一端，所述电化学分析装置的电极设置于所述条状滤纸通道的第二端，测试时，所述将样品溶液施加至分子印迹纸基材料，并进行持续洗脱，并利用电化学分析装置测定其电极处的电化学参数。本发明制备的纸基微流控分析装置能够实现磺胺甲噁唑的检测分析，具有成本低、使用方便、便携、灵敏度高等优点，能够用于环境复杂样本中磺胺甲噁唑的监测。

Description

一种多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置及分析方法
技术领域
本发明属于环境监测领域，更具体地，涉及一种双磺胺甲噁唑的分析装置及分析方法。
背景技术
抗生素磺胺类药物通常用作人类和兽医用于治疗传染病的抗菌药物，以及用于促进牲畜生长的动物饲料。磺胺类抗生素在环境和食品样品中的残留问题已经引起了我国政府和有关部门的重视，我国农业部规定食品中磺胺类抗生素的最大残留量为100μg/kg。磺胺甲噁唑是磺胺类抗生素中一种，主要用于兽医、饲料以及人类疾病的治疗，然而磺胺甲噁唑存在着诸如皮肤反应、血液毒性以及肝毒性等毒副作用，此外，磺胺甲噁唑在环境中的暴露与积累所导致的抗药性及抗性基因的迁移等问题更应该引起关注。由于这些环境污染现状和潜在的公众健康风险，开发一种快速、简单、灵敏且选择性良好的方法用于监测食品生产、包装和分销中的磺胺甲噁唑残留物以及人体暴露信息，对于环境保护和公共卫生具有至关重要的意义。
目前许多分析方法已被用于食品和环境样品中磺胺甲噁唑的检测，如高效液相色谱法(HPLC)、高效液相色谱-质谱检测(HPLC-MS)、酶联免疫分析法(ELISA)及毛细管电泳(CE)等。这些方法具有较高的灵敏度，但也存在一些不足，比如需要大型仪器设备和复杂的样品预处理程序，分析周期较长，成本较高，不适用于现场分析或者快速检测。常规纸色谱分析具有简单、快速、低廉的优势，但是纸基材料吸附容量偏低，选择性很差，无法实现磺胺甲噁唑的快速痕量分析。已有文献证明分子印迹材料能够实现对磺胺甲噁唑的选择性识别。此外，电化学传感器是一种强大的分析技术，具备使用简单、快速、经济、灵敏度高、环境友好等特点而受到广大研究者关注。ZnO纳米材料具有良好的化学稳定性和良好的电子转移能力，被广泛应用于光催化、光电探测器以及生物传感器等领域，是一种良好的氧化物半导体之一。金属有机-骨架(MOFs)由于其具有高比表面积以及优良的化学物理性能，在催化及生物医学等领域备受关注。有文献报道ZnO@ZIF-8核-壳异质结构在光催化以及生物传感器上表现出良好的电化学响应。结合分子印迹纸基材料和电化学检测的优点，能够显著提升对磺胺甲噁唑的吸附和灵敏度，从而实现对磺胺甲噁唑的高灵敏检测。本发明首次提出一个磺胺甲噁唑高灵敏分析装置及其制备方法，有利于未来环境样品中污染物的同步分析，避免污染物之间相互干扰，具有极大的实际应用前景。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种磺胺甲噁唑微流控分析装置及其制备方法，其目的在于利用分子印迹聚合物的选择性吸附原理、纸色谱分离原理以及电化学快速灵敏检测，将三者有机结合，首先通过分子印迹聚合物对磺胺甲噁唑进行选择性吸附，然后通过纸色谱对磺胺甲噁唑进行对吸附分离，并利用电极复合材料对磺胺甲噁唑的电化学响应，通过时间电流法实现快速、高灵敏磺胺甲噁唑的检测。由此为快速高灵敏检测磺胺甲噁唑提供一种新的检测技术方法和思路。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，一种多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，所述装置包括：以不同磺胺类抗生素为模板的分子印迹纸基材料，条状滤纸通道以及电化学分析装置，分子印迹纸基材料设置于所述条状滤纸通道的第一端，所述电化学分析装置的电极设置于所述条状滤纸通道的第二端，测试时，将所述样品溶液施加至分子印迹纸基材料一侧，并进行持续洗脱，然后利用所述电化学分析装置测定所述条状滤纸通道的第二端的电化学参数，基于所述电化学参数与各个抗生素在对应模板分子印迹下的电流特性图谱确定磺胺类抗生素的成分。
优选地，所述方法包括对于任意样品，首先将样品施加至第一分子印迹纸基材料，并置于所述条状滤纸通道的第一端，持续洗脱并测定所述条状滤纸通道的第二端的第一电化学参数，然后，去除所述第一分子印迹纸基材料，将样品施加至另一类型的第二分子印迹纸基材料，并置于条状滤纸通道的第一端，持续洗脱并测定所述条状滤纸通道的第二端的第二电流特性，基于第一电化学参数和第二电化学参数采用主成分分析模型确定样品中磺胺类抗生素的含量，所述主成分分析模型中预存有每种分子印迹模板下不同浓度的各个抗生素或抗生素组合对应的电化学参数图谱。
优选地，所述分子印迹纸基材料是以对苯乙烯磺酸钠为单体在纸基材料上直接合成的；所述电化学分析装置包括基于以ZnO@ZIF-8纳米复合材料填充碳糊电极为工作电极构建的电化学传感器。
优选地，所述纸基分子印迹材料是以双键修饰的滤纸为基底材料，并以不同的磺胺类抗生素为模板分子，对苯乙烯磺酸钠为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂合成的分子印迹聚合物。
优选地，所述电流特性图谱包括不同标准浓度下，每种磺胺或磺胺组合在不同分子印迹材料下的特征图谱。
优选地，在所述条状滤纸通道前端制备一个孔洞，将直径大于孔洞直径的分子印迹纸基材料覆盖在所述孔洞表面，形成微流控通道的贯通，在微流控通道一侧施加样品溶液和洗脱溶液，完成目标物的分离分析，在另一侧进行目标物的检测。
另一方面，本发明提供一种多组分磺胺类抗生素的纸基微流控分析方法，其特征在于，
所述方法包括：
(1)将滤纸依次用活化溶液和双键修饰溶液室温孵育，并用乙醇冲洗，于空气中干燥得到双键修饰的滤纸，室温储存备用；
(2)在室温搅拌的条件下，将磺胺类模板分子、功能单体溶于含10％水的有机溶剂中，得到分子印迹聚合物预聚合液；
(3)将交联剂、催化剂以及步骤(1)所得滤纸加入分子印迹聚合物预聚合液中，进行聚合反应，反应完成后利用索氏提取法去除所述磺胺类分子模板，干燥后得到纸基分子印迹聚合物；
(4)在超声条件下，将金属盐溶液、pH调节剂以及表面活性剂溶解在蒸馏水中，接着放置于高压反应釜中反应，反应完毕后固液分离得到ZnO纳米棒，洗涤并干燥，得到干燥后的ZnO纳米棒；
(5)在超声条件下，将所述ZnO纳米棒以及配体溶解混合于N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中，接着放置于高压反应釜中反应，反应完毕后固液分离得，洗涤并干燥，得到干燥后的ZnO@ZIF-8复合材料；
(6)将所述的ZnO@ZIF-8复合材料，石墨粉以及液体石蜡于玛瑙研钵中充分混合研磨，将混合均匀的糊状物填充到聚四氟乙烯电极管中，充分压实，在称量纸上进行打磨抛光，得工作电极，室温下自然晾干备用；
(7)按照权利要求1所述的方式布置所述分子印迹纸基材料，在分子印迹纸基材料上先施加目标样品，然后施加洗脱液，使样品中的成分持续沿着条状滤纸通道持续流向电化学分析装置的电极，通过电化学分析装置进行条状滤纸通道上的电化学参数测试。
优选地，采用不同的分子印迹模板分别测试相同样品的电化学参数，获得第一电化学参数和第二电化学参数,基于第一电化学参数和第二电化学参数采用主成分分析模型确定样品中磺胺类抗生素的含量，所述主成分分析模型中预存有每种分子印迹模板下不同浓度的各个抗生素或抗生素组合对应的电化学参数图谱。
优选地，所述功能单体为对苯乙烯磺酸钠，所述活化溶液为过氧化氢溶液，双键修饰溶液为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液,所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述催化剂为偶氮二异丁腈，所述金属盐为醋酸锌，所述pH调节剂为氢氧化钠，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述工作电极材料为ZnO@ZIF-8，所述工作电极为ZnO@ZIF-8/CPE。
另一方面，本发明提供一种所述的纸基微流控分析装置定量检测磺胺甲噁唑的应用，所述应用包括下列步骤：通过注射泵缓慢注射含25％甲醇的B-R缓冲液使得电化学基线平稳，然后将含有待检测物溶液通过样品孔滴加在纸基分子印迹聚合材料上，并在25％甲醇的B-R缓冲液中进行纸色谱吸附分离，最后在预设时间之后，在电化学检测区域通过包含有制备工作电极的三电极体系进行磺胺甲噁唑的电化学测量，根据所述电流强度的变化判断待检测物中是否含有磺胺甲噁唑，优选地，所述注射泵最适流速为10μL，所述预设时间为25分钟。
总体而言，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果。
(1)本发明提供的分子印迹纸基材料，将纸基材料和分子印迹聚合物进行结合，分子印迹聚合物的印迹孔穴有助于磺胺甲噁唑的特异性吸附，同时多维纸纤维上附着许多分子印迹聚合物颗粒，呈现出多孔结构，有助于提高吸附容量，从而实现了磺胺甲噁唑的快速吸附。
(2)本发明提供的分子印迹纸基材料能够同时识别、检测多种磺胺甲噁唑，其成本低、使用方便、便携，利用纸色谱原理，待分析目标物在纸上可以通过相分配和亲和力作用实现目标物的分离，从而可以同时检测多个目标物，即有利于实现磺胺甲噁唑的同步快速现场监测。
(3)本发明基于电化学检测分析体系中采用的电极材料，提供了一种新颖的磺胺甲噁唑电化学检测材料。分子印迹聚合物吸附的磺胺甲噁唑被含25％甲醇的B-R缓冲液洗脱下来，在ZnO@ZIF-8/CPE为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂电极为对电极的三电极体系中产生电化学响应，从而可以实现高灵敏、快速检测磺胺甲噁唑。
(4)本发明基于分子印迹纸基材料、电化学检测分析体系以及利用注射泵、定制玻璃板搭建的磺胺甲噁唑纸基微流控分析装置体系简单，制备过程简便。
(5)该纸基微流控分析装置的应用方便、便携、快速，检测结果可靠性高。
附图说明
图1是本发明分析装置的大体构造及分析过程示意图；
图2是本发明实施例1中分子印迹纸基材料与对比参照例对磺胺甲噁唑的吸附容量对比图；
图3是本发明实施例1中分子印迹纸基材料与对比参照例在不同的时间间隔下对磺胺甲噁唑的吸附容量对比图；
图4是本发明实施例1中分子印迹纸基材料与对比参照例对磺胺甲噁唑结构类似物的吸附容量和印迹因子对比图；
图5是本发明实施例2中ZnO@ZIF-8复合材料的扫描电镜图；
图6是本发明实施例2中ZnO@ZIF-8复合材料的粉末X射线衍射图；
图7是本发明实施例2中电化学检测体系应用过程中磺胺甲噁唑浓度与电流强度关系图，其中，从基线往波谷峰的方向自上而下浓度分别为：0.04μM、0.05μM、0.1μM、0.5μM、1μM、5μM、10μM、20μM、25μM、40μM、50μM；
图8是本发明实施例2中电化学检测体系应用过程中磺胺甲噁唑的检测线性范围图；
图9是本发明实施例3中纸基微流控分析装置的应用过程中磺胺甲噁唑浓度与电流强度关系图，其中，从基线往波谷峰的方向自上而下浓度分别为：2.5μM、5μM、8μM、10μM、12.5μM、15μM；
图10是本发明实施例3中纸基微流控分析装置的应用过程中磺胺甲噁唑的检测线性范围图；
图11为来自实际样本的不同组分浓度磺胺溶液的主成分得分图。
图12是分子印迹纸基材料的扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实施例中的基于磺胺甲噁唑的分子印迹纸基材料的检测装置包括：纸基底和修饰于该纸基底表面的分子印迹聚合物，其中，所述纸基底需进行双键修饰，所述分子印迹聚合物能够特异性吸附磺胺甲噁唑。其中，所述双键修饰的纸基底是通过过氧化氢水溶液和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液两步活化得到。分子印迹聚合物为以磺胺甲噁唑为模板分子，以对苯乙烯磺酸钠为功能单体，以二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，以偶氮二异丁腈为催化剂形成的分子印迹聚合物。
本实施例中，检测装置的工作电极的制备方法包括下列步骤：
步骤1：在超声条件下，将金属盐溶液、pH调节剂以及表面活性剂溶解在蒸馏水中，接着放置于高压反应釜中反应，反应完毕后固液分离得到ZnO纳米棒，洗涤并干燥，得到干燥后的金属纳米棒。
在本实施例中，作为示例，金属盐采用醋酸锌，pH调节剂采用氢氧化钠，表面活性剂采用聚乙烯吡咯烷酮。因此，本实施例中，得到的是ZnO纳米棒。
步骤2：在超声条件下，将所述ZnO纳米棒以及配体溶解混合于N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中，接着放置于高压反应釜中反应，反应完毕后固液分离得到工作电极材料，洗涤并干燥，得到干燥后的工作电极材料。
在本实施例中，作为示例，配体采用2-甲基咪唑，所述工作电极材料为ZnO@ZIF-8。
步骤3：将所述的ZnO@ZIF-8复合材料，石墨粉以及液体石蜡于玛瑙研钵中充分混合研磨，将混合均匀的糊状物填充到聚四氟乙烯电极管中，充分压实，在称量纸上进行打磨抛光，得工作电极，室温下自然晾干备用；
在本实施例中，作为示例，所述工作电极为ZnO@ZIF-8/CPE。
本实施例还提供了纸基微流控分析装置检测磺胺甲噁唑的应用。
具体地，所述应用包括下列步骤：通过注射泵缓慢注射含25％甲醇的B-R缓冲液使得电化学基线平稳，注射泵最适流速为10μL，然后将含有待检测物溶液通过样品孔滴加在纸基分子印迹聚合材料上，并持续进行缓冲液注入，进行纸色谱吸附分离，比如，可以持续25分钟，最后在电化学检测区域通过包含有制备工作电极的三电极体系进行磺胺甲噁唑的电化学测量。根据所述电流强度的变化判断待检测物中是否含有磺胺甲噁唑。
本发明中纸基微流控分析装置检测磺胺甲噁唑的原理为：
首先分子印迹纸基材料识别并吸附待检测物中的磺胺甲噁唑，通过纸色谱分离，将磺胺甲噁唑与其他杂质分离。通过含有30％甲醇的B-R缓冲液的洗脱在检测通道到达电化学检测区域，引起电化学响应，在一定的电压下，磺胺甲噁唑在工作电极表面发生电子的转移，引起电极表面电流大小的变化。其中，电流强度会随着磺胺甲噁唑浓度的升高而增大。
下面通过具体实施例对本发明提供的技术方案进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供了一种磺胺甲噁唑的分子印迹纸基材料的制备方法，其包括：纸基底和修饰于该纸基底表面的分子印迹聚合物材料。具体为：
(1)首先将色谱纸(Whatman滤纸)用5mol L-1的过氧化氢溶液浸泡2h，用水洗涤三次以除去纸张的添加剂以获得足够的羟基。然后用3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷活化滤纸，使C＝C基团被修饰在纸张表面。以乙醇-水(80％乙醇，v/v)为溶剂，将100mg 3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷溶于10mL溶剂中，水解生成活性硅醇基团。然后将纸浸入溶液中，在室温下孵育1h。用乙醇冲洗三次以除去过量的3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，然后在空气中干燥。
(2)将模板分子磺胺甲噁唑(0.25mmol)分别溶于50mL乙腈(含10％水)中，再加入对苯乙烯磺酸钠(2mmol)。室温下搅拌1h后，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯(10mmol)，偶氮二异丁腈(60mg)和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性纸，用氮气吹扫5min以除去溶液中的氧气，在60℃下放置24h。为了除去模板分子，反应后用90％的甲醇乙酸溶液(v/v)进行索氏提取，直至洗脱液中无模板分子检出，再用甲醇洗涤三次以除去洗脱液中多余的乙酸，最后在60℃的真空干燥箱中干燥至恒重。用同样的方法制备了不添加模板分子的纸基分子印迹聚合物。
参照上述过程，采用不同的磺胺类抗生素，制备形成不同的纸基分子印迹材料。
其中，纸基底可以为Whatman滤纸。该分子印迹纸基材料可以例如为4×0.5cm的纸条，便于携带，方便使用。
实施例2
本实施例提供了用于电化学检测磺胺甲噁唑的工作电极的制备方法，该方法包括：
(1)将2.2g二水醋酸锌和4g氢氧化钠分别溶于20mL蒸馏水中，然后依次加入含有0.1g聚乙烯吡络烷酮的20mL水溶液中。然后，将混合溶液超声处理几分钟以后，转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中。在180℃放置13h后，经离心分离，再用蒸馏水反复冲洗后在60℃真空干燥。
(2)采用水热法在氧化锌纳米棒模板上生长了ZIF-8纳米棒，称取ZnO纳米棒(0.0407g，0.5mmol)和2-甲基咪唑(0.324g，4mmol)依次加入含有N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶剂(40mL，3:1v/v)的烧杯中，超声作用5分钟后，将缓和溶液转移到带有不锈钢的密封高压釜中，在70℃连续加热24小时。然后，将白色产品自然冷却到室温下离心收集，依次用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤几次，最后在60℃下干燥8h得到电极材料ZnO@ZIF-8。
(3)分别称取石墨和ZnO@ZIF-8材料(占总质量的5％)置于玛瑙研钵中，加入适量的液体石蜡，充分混合研磨，使其成为糊状物。然后将混合均匀的糊状物填充到聚四氟乙烯电极管中，充分压实，在称量纸上进行打磨抛光，得到工作电极ZnO@ZIF-8/CPE，并于室温下自然晾干备用。
实施例3
本实施例提供了一种用于检测磺胺甲噁唑的纸基微流控分析装置。其包括注射泵(图中未画出)、滤纸通道、电化学检测体系以及磺胺甲噁唑的分子印迹纸基材料。电化学分析体系是基于以ZnO@ZIF-8纳米复合材料填充碳糊电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极构建的一种电化学传感器。检测电极要紧密接触滤纸表面且不影响滤纸传送溶液效率。
注射泵用于注射洗脱液，分子印迹纸基材料设置于所述条状滤纸通道(whatman滤纸)的第一端，条状滤纸通道的第一端上挖去一个缺口，这里为圆形缺口，电化学分析装置的电极(包括三个电极)设置于所述条状滤纸通道的第二端，测试时，所述将样品溶液施加至分子印迹纸基材料，将纸基分子印迹材料覆盖在圆形缺口上，并在图中左侧通过注入洗脱液进行持续洗脱，洗脱一定时间后，利用电化学分析装置测定其电极处的电化学参数。
更具体而言，在滤纸微流控通道前段制备一个孔洞，将直径大于孔洞直径的纸基材料覆盖在孔洞表面，就可以实现微流控通道的贯通，完成目标物的分离分析。这种设计，其一有利于空白滤纸和分子印迹纸基材料的交替更换，保障溶液持续流过微流控通道，不影响后面电化学检测信号。其二，同一个装置能够逐一完成4种分子印迹纸基材料的萃取和富集，实现多种磺胺抗生素的同步分析。其三，在替换的纸基材料可以预先加入其他溶剂，能够实现不同极性溶液的自由转换，才能完成目标物的萃取、洗脱和分离。
本实施例的纸基微流控分析装置可以用于检测多种磺胺类抗生素，比如，比如检测磺胺甲噁唑，其应用过程如下：
(1)通过注射泵以10μL/min的流速向检测通道连续注射含25％甲醇的B-R缓冲溶液，持续预定时间，比如，20-30分钟，直到电化学检测装置上的i-t曲线平稳。
(2)在纸基分子印迹材料上滴加10μL标准溶液并进行吸附和富集，上样完成后，开始注入洗脱液进行洗脱，测定了不同浓度SMX的氧化峰电流，确定该纸基微流控分析装置检测磺胺甲噁唑的标准曲线。
接下来，本实施例对分子印迹纸基材料采用扫描电镜分析方法进行表征和分析，该分子印迹纸基材料为通过实施例1提供的分子印迹纸基材料的制备方法得到的分子印迹纸基材料。
图12为分子印迹纸基材料的扫描电镜图，可以看到在纸纤维上附着许多分子印迹聚合物颗粒，表示分子印迹纸基材料的成功制备。此外，呈现出多孔结构，有助于提高吸附容量，实现目标分子的快速吸附。
为了验证本发明的效果，对通过实施例1中的分子印迹纸基材料的制备方法得到的分子印迹纸基材料的吸附性能进行表征。
首先，制备对比参照例，该对比参照例为通过本实施例1提供的分子印迹纸基材料的制备方法中的步骤(1)-(2)执行，但不加入模板分子磺胺甲噁唑得到。
将本发明中的分子印迹纸基材料与该对比参照例置于不同浓度的磺胺甲噁唑乙腈溶液中进行振荡吸附2h，然后用高效液相色谱(HPLC)测定吸附后的上清液浓度，计算吸附容量。结果如图2所示，可以看出，本发明中的分子印迹纸基材料吸附容量明显高于对比参照例，这是由于分子印迹聚合物拥有与模板分子在尺寸、形状和功能上相匹配的印迹孔穴。
其次，将本发明中的分子印迹纸基材料与该对比参照例在50μg/mL的磺胺甲噁唑乙腈溶液中振荡吸附不同的时间间隔，经HPLC测定上清溶液浓度后，计算吸附容量。结果如图3所示，可以看出，本发明中的分子印迹纸基材料在30min就可以达到吸附平衡，而对比参照例的吸附性能明显低于本发明中的分子印迹纸基材料。本发明中的分子印迹纸基材料中分子印迹聚合物的印迹孔穴有助于模板分子的吸附，而对比参照例为非印迹聚合物，其缺乏人工印迹位点无法实现特异性吸附。
最后，选择磺胺甲噁唑结构类似物磺胺(SN)、磺胺甲噁唑(SMX)磺胺嘧啶(SD)、磺胺甲基嘧啶(SMR)、磺胺二甲基嘧啶(SMT)、磺胺二甲氧嘧啶(SDM)和磺胺对甲氧嘧啶(SMD)以及磺胺噻唑(ST)对分子印迹纸基材料进行特异性吸附能力评价。将本发明中的分子印迹纸基材料与该对比参照例在50μg/mL的结构类似物溶液中进行振荡吸附，得到的结果参见图4，本发明中的分子印迹纸基材料对磺胺甲噁唑显示出更高的吸附容量和印迹因子。
然后，对电极材料采用扫描电镜和粉末X射线衍射分析方法进行表征和分析，该电极材料为通过实施例2提供的电化学电极材料的制备方法得到的电极材料。
图5为电极材料的扫描电镜图，图5(A)中可以看到ZnO纳米棒呈棒状纳米结构且具有较为光滑的表面，平均长度和直径大约是1.5μm和100nm。图5(B)为ZnO@ZIF-8的扫描电镜图，ZIF-8纳米粒子散在地生长在ZnO的表面，呈多面体结构。
图6为电极材料的XRD图，从图6中可以看出，制备出的ZnO@ZIF-8复合材料在25°-80°之间的强衍射峰与纯ZnO纳米棒的衍射峰一致，说明合成材料中含有ZnO；同时10°-25°之间有明显的ZIF-8的衍射峰，说明ZIF-8成功地复合在ZnO纳米棒表面。上述表征结果均说明成功合成了ZnO@ZIF-8纳米复合材料。
在实施例2的应用过程中，获取待检测物中磺胺甲噁唑的可检测浓度范围，其结果如图7-8所示。
参见图7-8，可以看出，磺胺甲噁唑浓度增加，峰电流强度也随之增大。峰电流与磺胺甲噁唑浓度在0.04-50μM范围内呈现良好的线性关系。线性方程为：I(μA)＝0.2219+0.1533C(μM)，R2＝0.991，根据3Sb/m，计算出检测限(LOD)为20nM，其中Sb是空白溶液的标准偏差，m是标准曲线的斜率，该斜率表示了该方法的灵敏度。
本发明还获得了在实施例3的应用过程中，待检测物中磺胺甲噁唑的可检测浓度范围。
参见图9-10显示了随着SMX浓度的增加，氧化电流液随之增大，图10显示了SMX的氧化峰电流在2.5μM-15μM的范围内呈现良好的线性关系，线性方程为，R2＝0.9997，计算检测限为0.2μM。
本示例中，制备了8类磺胺类抗生素的多浓度标准混合溶液，包括4种单一磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲噁唑、磺胺甲基嘧啶和磺胺二甲基嘧啶)，2种二元混合物(磺胺嘧啶+磺胺甲噁唑、磺胺甲基嘧啶+磺胺二甲基嘧啶)(下文分别用XD，XT表示)，1种三元混合物(磺胺嘧啶+磺胺甲噁唑+磺胺甲基嘧啶)(下文用XDR表示)和1种四元混合物(磺胺嘧啶+磺胺甲噁唑+磺胺甲基嘧啶+磺胺二甲基嘧啶)(下文用XDRT表示)。
本专利分别以磺胺嘧啶、磺胺甲噁唑、磺胺甲基嘧啶和磺胺二甲基嘧啶为模板合成分子印迹纸基材料，利用研发的纸基微流控分析装置，分别对上述溶液进行电化学测定，获得不同分子印迹材料进行吸附的情况下，不同组分磺胺溶液的电化学响应信号。将所获得的不同分子印迹材料下获得的不同浓度和组分抗生素所测得的电化学响应信号输入到主成分分析模型中。需要说明的是，主成分分析法和主成分分析模型均为现有技术并且是成熟的商用软件即可实现的功能，本发明并未对主成分分析方法本身进行改进，而是利用现有的主成分分析模型来完成本发明的独特材料检测。
主成分分析结果表明：磺胺嘧啶和磺胺甲噁唑为模板的分子印迹纸基材料，完成2次电化学传感分析，就可以捕获足够的分子信息，用于识别4种不同组分的磺胺溶液。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，所述装置包括：以不同磺胺类抗生素为模板的分子印迹纸基材料，条状滤纸通道以及电化学分析装置，分子印迹纸基材料设置于所述条状滤纸通道的第一端，所述电化学分析装置的电极设置于所述条状滤纸通道的第二端，测试时，将所述样品溶液施加至分子印迹纸基材料一侧，并进行持续洗脱，然后利用所述电化学分析装置测定所述条状滤纸通道的第二端的电化学参数，基于所述电化学参数与各个抗生素在对应模板分子印迹下的电流特性图谱确定磺胺类抗生素的成分。
2.根据权利要求1所述的多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，所述方法包括对于任意样品，首先将样品施加至第一分子印迹纸基材料，并置于所述条状滤纸通道的第一端，持续洗脱并测定所述条状滤纸通道的第二端的第一电化学参数，然后，去除所述第一分子印迹纸基材料，将样品施加至另一类型的第二分子印迹纸基材料，并置于条状滤纸通道的第一端，持续洗脱并测定所述条状滤纸通道的第二端的第二电化学参数，基于第一电化学参数和第二电化学参数采用主成分分析模型确定样品中磺胺类抗生素的含量，所述主成分分析模型中预存有每种分子印迹模板下不同浓度的各个抗生素和/或抗生素组合对应的电化学参数图谱。
3.根据权利要求1所述的多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，所述分子印迹纸基材料是以对苯乙烯磺酸钠为单体在纸基材料上直接合成的；所述电化学分析装置包括基于以ZnO@ZIF-8纳米复合材料填充碳糊电极为工作电极构建的电化学传感器。
4.根据权利要求1所述的多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，所述纸基分子印迹材料是以双键修饰的滤纸为基底材料，并以不同的磺胺类抗生素为模板分子，对苯乙烯磺酸钠为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂合成的分子印迹聚合物。
5.根据权利要求1所述的多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，所述电流特性图谱包括不同标准浓度下，每种磺胺或磺胺组合在不同分子印迹材料下的特征图谱。
6.根据权利要求1所述的多组分磺胺类抗生素纸基微流控分析装置，其特征在于，其中，在所述条状滤纸通道前端制备一个孔洞，将直径大于孔洞直径的分子印迹纸基材料覆盖在所述孔洞表面，形成微流控通道的贯通，在微流控通道一侧施加样品溶液和洗脱溶液，完成目标物的分离分析，在另一侧进行目标物的检测。
7.一种多组分磺胺类抗生素的纸基微流控分析方法，其特征在于，
所述方法包括：
(1)将滤纸依次用活化溶液和双键修饰溶液室温孵育，并用乙醇冲洗，
于空气中干燥得到双键修饰的滤纸，室温储存备用；
(2)在室温搅拌的条件下，将磺胺类模板分子、功能单体溶于含10％水的有机溶剂中，得到分子印迹聚合物预聚合液；
(3)将交联剂、催化剂以及步骤(1)所得滤纸加入分子印迹聚合物预聚合液中，进行聚合反应，反应完成后利用索氏提取法去除所述磺胺类分子模板，干燥后得到纸基分子印迹聚合物；
(4)在超声条件下，将金属盐溶液、pH调节剂以及表面活性剂溶解在蒸馏水中，接着放置于高压反应釜中反应，反应完毕后固液分离得到ZnO纳米棒，洗涤并干燥，得到干燥后的ZnO纳米棒；
(5)在超声条件下，将所述ZnO纳米棒以及配体溶解混合于N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中，接着放置于高压反应釜中反应，反应完毕后固液分离得，洗涤并干燥，得到干燥后的ZnO@ZIF-8复合材料；
(6)将所述的ZnO@ZIF-8复合材料，石墨粉以及液体石蜡于玛瑙研钵中充分混合研磨，将混合均匀的糊状物填充到聚四氟乙烯电极管中，充分压实，在称量纸上进行打磨抛光，得工作电极，室温下自然晾干备用；
(7)按照权利要求1所述的方式布置所述分子印迹纸基材料，在分子印迹纸基材料上先施加目标样品，然后施加洗脱液，使样品中的成分持续沿着条状滤纸通道持续流向电化学分析装置的电极，通过电化学分析装置进行条状滤纸通道上的电化学参数测试。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用不同的分子印迹模板分别测试相同样品的电化学参数，获得第一电化学参数和第二电化学参数,基于第一电化学参数和第二电化学参数采用主成分分析模型确定样品中磺胺类抗生素的含量，所述主成分分析模型中预存有每种分子印迹模板下不同浓度的各个抗生素或抗生素组合对应的电化学参数图谱。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述功能单体为对苯乙烯磺酸钠，所述活化溶液为过氧化氢溶液，双键修饰溶液为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液,所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述催化剂为偶氮二异丁腈，所述金属盐为醋酸锌，所述pH调节剂为氢氧化钠，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述工作电极材料为ZnO@ZIF-8，所述工作电极为ZnO@ZIF-8/CPE。
10.一种利用权利要求1-4中任一项所述的纸基微流控分析装置定量检测磺胺甲噁唑的应用，所述应用包括下列步骤：通过注射泵缓慢注射含25％甲醇的B-R缓冲液使得电化学基线平稳，然后将含有待检测物溶液通过样品孔滴加在纸基分子印迹聚合材料上，并在25％甲醇的B-R缓冲液中进行纸色谱吸附分离，最后在预设时间之后，在电化学检测区域通过包含有制备工作电极的三电极体系进行磺胺甲噁唑的电化学测量，根据所述电流强度的变化判断待检测物中是否含有磺胺甲噁唑，优选地，所述注射泵最适流速为10μL，所述预设时间为25分钟。
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