CN113866251A - 一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法 - Google Patents

一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法，采用滴涂法在玻碳电极表面修饰羧基化多壁碳纳米管和羧甲基纤维素的复合材料，电沉积纳米金粒子，以白坚木皮醇为模板分子，邻苯二胺为功能单体，通过电化学聚合在纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极上得到白坚木皮醇分子印迹的邻苯二胺聚合物薄膜，再从白坚木皮醇分子印迹的邻苯二胺聚合物薄膜中除去白坚木皮醇模板分子得到高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器，本发明拓宽了传感器的检测线性范围，提高传感器的灵敏度，提高了传感器的选择性，抗干扰能力强；且方法简单，操作方便，成本低，检测样品前处理方便。

Description

一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及分子印迹电化学传感器，尤其是一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法。
背景技术
白坚木皮醇( 2-methyl-L-inositol)是一种天然存在的、具有旋光性的肌醇甲氧基类似物，具有各种生物活性，包括自由基清除、抗血小板聚集、治疗胃损伤和抗糖尿病活性等；白坚木皮醇在自然界中有5种不同肌醇甲醚的几何同分异构体，目前测定白坚木皮醇的方法有气相色谱法、高效液相色谱法-二极管阵列法、高效液相色谱法-蒸发光散射法等，但需要昂贵的仪器设备，存在成本高、耗时长、灵敏度不高等缺点。
分子印迹技术是通过模板分子与功能单体通过氢键、静电作用、疏水作用等非共价作用形成分子复合物，利用化学或电化学方法引发功能单体聚合形成镶嵌有模板分子的高分子聚合物的技术，用适当的方法从聚合物中除去模板分子后，聚合物中留下与模板分子结构互补的立体空穴以及能与模板分子相互作用的官能团，这种立体结构印迹空穴对模板分子表现出特异选择性和强亲和能力。
为了增加分子印迹传感器的表面积以负载更多的印迹位点，具有高比表面积、良好导电性和化学稳定性的碳材料被研究作为理想的电化学印迹平台，例如碳纳米管(CNT)、石墨烯和纳米金，在这些材料中，碳纳米管是具有优异的电化学行为、高化学稳定性、生物相容性和高比表面积的碳纳米材料，但是其较大的范德华力和疏水作用，使多壁碳纳米管发生团聚，难以获得稳定均匀的悬浮液。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法，采用羧甲基纤维素作为表面活性剂将多壁碳纳米管分散在水中，羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素分散液可以在任何电极上形成薄膜，同时保持多壁碳纳米管的导电性和催化能力，纳米金粒子（AuNPs）放大电极表面、增强电活性物质之间的电子转移过程和催化电化学反应来提高电化学传感器的灵敏度，且设备简单、操作方便，成本低。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法，其步骤如下：
S1：取羧基官能化的多壁碳纳米管细粉分散在含有羧甲基纤维素（CMC）水溶液中，超声波处理120 min后，得到均质的羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素纳米复合材料，4℃保存备用；
S2：采用滴涂法制备羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极：在预处理过的玻碳电极上滴涂步骤S1得到的羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素纳米复合材料，在红外灯下干燥，得到羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极；
S3：采用循环伏安法得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极：将步骤S2中得到玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极置于含HAuCI4的H2SO4中进行电沉积，采用循环伏安法进行电沉积纳米金得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极，工作条件为：电位扫描范围为-0.2~1.2V，扫速为50mV/S,扫描圈数为3~7圈；
S4：在摩尔浓度为0.1mol/L、pH=7 的磷酸盐缓冲液缓冲溶液中加入邻苯二胺和白坚木皮醇，混合溶液中邻苯二胺的摩尔浓度为0.02mol/L，白坚木皮醇与邻苯二胺的摩尔浓度之比1:1~1:5；
S5：在步骤S4中得到的混合溶液中持续通入高纯氮气20min，然后将步骤S3得到的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极浸入混合溶液中形成三电极聚合体系，采用循环伏安法进行电化学聚合在纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧基化纤维素修饰的玻碳电极上形成白坚木皮醇的邻苯二胺聚合物薄膜，工作条件为：电位扫描范围为0~0.8V，扫速为50mV/S，扫描圈数为15~25圈；
S6:将纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧基化纤维素修饰的印迹电极放入乙醇-水(v/v=4:1）的溶液中浸泡15min,用于从白坚木皮醇分子印迹的邻苯二胺聚合物薄膜中除去白坚木皮醇，然后用二次水洗净得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧基化纤维素修饰的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果：
（1）通过功能化碳纳米管与羧甲基纤维素之间的氢键作用，提高界面强度以及纳米复合材料的机械性能；
（2）采用电聚合的分子印迹膜，具有更薄的分子印迹膜，更易控制膜的厚度；
（3）采用羧甲基纤维素 (CMC) 作为表面活性剂在 CNT 表面的吸附（非共价官能化），且它不会干扰 CNT 的导电性（π 系统），通过其自身携带的负电荷静电排斥开CNT，且其可增加修饰材料和电极的结合力；
（4）制得基于纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素复合材料修饰的分子印迹电化学传感器具有快速响应、选择性好、灵敏度高、稳定性好等优点；
（5）拓宽传感器的检测线性范围，传感器的检测限大大降低；提高传感器的选择性，抗干扰能力强；且方法简单，操作方便，成本低，检测样品前处理方便。
附图说明
图1为本发明白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备流程图；
图2为实例1制备的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的交流阻抗图：a-羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极，b-纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极，c-未除去模板带有印迹薄膜的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极，d-带有印迹薄膜的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极；
图3为实例1制备的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的循环伏安法图：a-羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极，b-纳米金羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极，c-未除去模板带有印迹薄膜的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极，d-带有印迹薄膜的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素电极；
图4为实例2分子印迹传感器检测白坚木皮醇的标准曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1，一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法，其步骤如下：
实施例1
S1：取羧基官能化的多壁碳纳米管细粉分散在含有羧甲基纤维素的水溶液中，超声波处理120 min后，得到均质的羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素纳米复合材料，4℃保存备用；
S2：在预处理过的玻碳电极上滴涂7µL羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素溶液，在红外灯下干燥，得到羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极；
S3：将在步骤S2得到玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极置于含1.0mmol/L HAuCI4的0.5 mol/L H2SO4中进行电沉积，采用循环伏安法进行电沉积纳米金得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极，工作条件为：电位扫描范围为-0.2~1.2V，扫速为50mV/S,扫描圈数为7圈；
S4：在摩尔浓度为0.1mol/L、pH=7 的PBS缓冲溶液中加入邻苯二胺和白坚木皮醇，混合溶液中邻苯二胺的摩尔浓度为0.02mol/L，白坚木皮醇与邻苯二胺的摩尔浓度之比1:2；
S5：在步骤S4中得到的混合溶液中持续通入高纯氮气20min，然后将步骤S3得到的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极浸入混合溶液中形成三电极聚合体系，采用循环伏安法进行电化学聚合在纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极上形成白坚木皮醇的邻苯二胺聚合物薄膜，工作条件为：电位扫描范围为0~0.8V，扫速为50mV/S，扫描圈数为15圈；
S6:将纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的印迹电极放入乙醇-水(v/v=4:1）的溶液中浸泡15min,用于从白坚木皮醇分子印迹的邻苯二胺聚合物薄膜中除去白坚木皮醇，然后用二次水洗净得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器。
如图2为实例1制备的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的交流阻抗图，如图3实例1制备的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的循环伏安法图，表面本发明值得的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器展现出良好的电化学和阻抗性能。
实施例2
S1：取羧基官能化的多壁碳纳米管细粉分散在含有羧甲基纤维素的水溶液中，超声波处理120 min后，得到均质的羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素纳米复合材料，4℃保存备用；
S2：在预处理过的玻碳电极上滴涂7µL羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素溶液，在红外灯下干燥，得到羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极；
S3：将在步骤S2得到玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极置于含1.0 mmol/L HAuCI4的0.5 mol/L H2SO4中进行电沉积，采用循环伏安法进行电沉积纳米金得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极，工作条件为：电位扫描范围为-0.2~1.2V，扫速为50mV/S,扫描圈数为7圈；
S4：在摩尔浓度为0.1mol/L、pH=7 的PBS缓冲溶液中加入邻苯二胺和白坚木皮醇，混合溶液中邻苯二胺的摩尔浓度为0.02mol/L，白坚木皮醇与邻苯二胺的摩尔浓度之比1:2；
S5：在步骤S4中得到的混合溶液中持续通入高纯氮气20min，然后将步骤S3得到的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极浸入混合溶液中形成三电极聚合体系，采用循环伏安法进行电化学聚合在纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极上形成白坚木皮醇的邻苯二胺聚合物薄膜，工作条件为：电位扫描范围为0~0.8V，扫速为50mV/S，扫描圈数为20圈；
S6:将纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的印迹电极放入乙醇-水(v/v=4:1）的溶液中浸泡15min,用于从白坚木皮醇分子印迹的邻苯二胺聚合物薄膜中除去白坚木皮醇，然后用二次水洗净得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器。
由以上二个实例可以看出，分子印迹薄膜沉积的扫描周期很关键，当分子印迹薄膜沉积的扫描周期过长时，分子印迹薄膜过厚，检测灵敏度降低；当分子印迹薄膜沉积的扫描周期过短时，沉积的分子印迹薄膜过薄，无法有效的识别检测目标分子，检测灵敏度及抗干扰程度较低；当分子印迹薄膜沉积的扫描周期适当时，所得到的电极具有覆盖适当厚度分子印迹薄膜均匀分布在修饰电极表面，其能够有效增大比表面积，提高电化学传感器的检测灵敏度。
使用电化学工作站CHI-660E进行电化学测试，用制备的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为辅助电极，分别采用循环伏安法和交流阻抗技术，对制备的印迹电极的电化学性能进行测试，以1 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-和 0.1 mol/L KCl 的混合溶液为电化学探针，研究电极吸附和电极制备过程。
(1) 将电极浸没在1 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-和 0.1 mol/L KCl 的混合溶液中进行循环伏安扫描，研究构建电极的催化氧化性能，扫描电压为从-0.5V到1V，扫描速率为100mV/s；
(2) 溶液配制同(1)，将电极浸没在溶液中进行电化学阻抗测试，表征制备电极的表面阻抗性质；
(3) 白坚木皮醇检测过程：溶液配制同(1)，首先将纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器电极置于含有白坚木皮醇溶液中吸附10 min，然后将分子印迹传感器置于溶液中进行差分脉冲伏安法进行检测，反应结束后将传感器置于乙醇-水(v/v=4:1）的溶液中浸泡15min除去模板分子。所有测试均在室温下完成。
为了考察构建的分子印迹传感器的检测性能，配置一系列浓度的白坚木皮醇标准溶液，浓度范围为0.1 mmol/L到0.5 mmol/L，利用差分脉冲伏安法进行测试。
如图4为传感器在实例2制备的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器电极条件下，利用差分脉冲伏安法进行检测，不同浓度白坚木皮醇的峰电流校正曲线及线性回归方程，可知，在浓度0.1~0.5 mmol/L范围内，得线性回归方程为y=-1.0446x+0.69094，R2=0.99173。通过计算可以得到，当信噪比为3时，检测限为1.36875×10-5 mol/L。
根据上述测试情况，可得不同浓度白坚木皮醇下的峰电流校正曲线图及去线性回归方程，将待测样品分散在PBS缓冲液中，通过差分脉冲伏安法测试其峰值电流，将其与得到的线性回归方程相对照，即可获得白坚木皮醇的浓度。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1：取羧基官能化的多壁碳纳米管细粉分散在含有羧甲基纤维素（CMC）的水溶液中，超声波处理120 min后，得到均质的羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素纳米复合材料，4℃保存备用；
S2：采用滴涂法制备羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极：在预处理过的玻碳电极上滴涂步骤S1得到的羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素纳米复合材料，在红外灯下干燥，得到羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极；
S3：采用循环伏安法得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极：将步骤S2中得到玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极置于含HAuCI4的H2SO4中进行电沉积，采用循环伏安法进行电沉积纳米金得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极，工作条件为：电位扫描范围为-0.2~1.2V，扫速为50mV/S,扫描圈数为3~7圈；
S4：在摩尔浓度为0.1mol/L、pH=7 的PBS缓冲溶液中加入邻苯二胺和白坚木皮醇，混合溶液中邻苯二胺的摩尔浓度为0.02mol/L，白坚木皮醇与邻苯二胺的摩尔浓度之比1:1~1:5；
S5：在步骤S4中得到的混合溶液中持续通入高纯氮气20min，然后将步骤S3得到的纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧甲基纤维素修饰的玻碳电极作为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极及铂电极为辅助电极浸入混合溶液中形成三电极体系，采用循环伏安法进行电化学聚合在纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧基化纤维素修饰的玻碳电极上形成白坚木皮醇的邻苯二胺聚合物薄膜，工作条件为：电位扫描范围为0~0.8V，扫速为50mV/S，扫描圈数为15~25圈；
S6:将纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧基化纤维素修饰的印迹电极放入乙醇-水(v/v=4:1）的溶液中浸泡15min,用于从白坚木皮醇分子印迹的邻苯二胺聚合物薄膜中除去白坚木皮醇，然后用二次水洗净得到纳米金/羧基化多壁碳纳米管/羧基化纤维素修饰的白坚木皮醇分子印迹电化学传感器。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度白坚木皮醇分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述S5中的工作条件的扫描圈数为20圈。
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