功能化介孔材料增敏的分子印迹纳米复合体系构建及生物碱特异性检测研究

来源 :信阳师范学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangwenda_gz
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生物碱是多种药用植物及中草药的有效成分,具有天然的生理活性,然而,一些有毒生物碱可引发疾病,会对人体造成严重的伤害甚至致死。因此,建立简便、高效的分析方法用于生物碱的准确测定十分必要。由于植物所含成分非常复杂,而且生物碱在其中的含量很低,使得生物体系中生物碱的高灵敏度、特异性检测成为亟待解决的技术难题。分子印迹技术模拟抗原-抗体的识别机理,采用化学方法合成在结合位点和空间结构上对目标物质有特异性识别作用的分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymer,MIP),具有稳定性好、选择性高、吸附容量大、使用寿命长等优点。MIP可以作为电化学传感器的特异性识别元件,为痕量生物碱的选择性检测开辟了一条新的途径。近年来,功能化纳米材料(多孔材料、金属纳米粒子)的引入为MIP提供了更多的识别位点,同时纳米材料优良的催化和导电性能更有利于电子传输,因而会显著提高分子印迹电化学传感器的灵敏度和特异性。基于此,本论文分别采用本体聚合和表面印迹法制备了四种MIP,并分别用于茶碱、阿托品和可可碱的电化学传感检测,主要内容和结果如下:1.分别以茶碱和甲基丙烯酸为模板分子和功能单体,以核壳型SiO2@TiO2作为结合位点和电极之间的信号传导材料,采用本体聚合法制备了一种MIP纳米复合物,并以此为分子识别和传感界面构筑了一种新型的电化学传感器。该MIP表现出较强的电催化效应并极大地改善了电极反应动力学。对所制备的茶碱传感器的分析特性进行了研究,结果表明,其微分脉冲伏安电流相较于传统的分子印迹聚合物修饰电极有明显增强。此外,该传感器的线性范围是0.01-40μmol/L、检出限低至1.2nmol/L。可用于复杂茶叶、人血清和尿液样品中茶碱含量的检测。2.针对本体聚合法所得MIP后处理方法繁琐及产率偏低的问题,开展了基于表面印迹技术构建茶碱分子印迹电化学传感体系的研究。采用一步法合成了单分散的、均匀的多级介孔结构硅球(MSNs),以其为增敏材料,以茶碱为模板分子,三乙氧基硅烷和吡咯为双功能单体,在玻碳电极表面原位电聚合制备了三维网络MIP,实现了食品和生物样品中茶碱的高效、特异性检测。扫描和透射电子显微镜图像显示石榴状的MSNs外面包覆有均匀的MIP层。采用[Fe(CN)6]3-/4-为电化学探针,利用MIP/门效应对所制备的传感平台进行电化学表征。实验数据显示,由于该茶碱印迹膜较高的电导率和催化电子转移能力,此方法表现出优异的测定灵敏度和亲和力,线性范围超过六个数量级为0.005-1000μmol/L,检出限低至0.66 nmol/L,符合分析痕量茶碱的要求。3.金属有机框架材料具有高比表面积和孔隙率、低密度、均匀可调的孔尺寸及化学功能化等特点,本工作将(Zeolitic Imidazolate Framework,ZIF)均匀的生长在MSNs的表面,成功制备出一种新型的花朵状MSNs@ZIF-8核壳材料,将其修饰在电极表面用来电化学沉积Au纳米颗粒,利用Au-S键和氢键作用将5-氨基-2-巯基-1,3,4-噻二唑功能单体和阿托品模板分子组装到修饰电极表面,再通过电聚合的方法制得表面印迹聚合物。利用循环伏安法和微分脉冲伏安法对聚合体系、模板分子与单体配体、洗脱时间、吸附时间、pH值等制备条件进行优化和筛选。在优化条件下,该传感器测定阿托品的线性范围为0.05-95μmol/L,检出限为10 nmol/L。在谷物和生物样品的检测过程中,加标回收率介于94.3-106(4)之间,表明该传感器可用于实际样品的快速准确检测。4.为了进一步增强多孔材料的导电性,将棒状纳米Au完整地包裹到厚度约8.5nm的Ag壳里,再将介孔硅进一步沉积在该合金的表面,制备成三层核壳结构的AuNR@Ag@mSi O2复合材料作为增敏剂,以可可碱为模板分子,3-氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体,四乙氧基硅烷为交联剂,采用溶胶-凝胶法构建了一种对可可碱具有特异性识别能力得电化学传感器。由于AuNR@Ag@mSiO2的掺杂,该分子印迹膜传感器检测可可碱的灵敏度和准确度都有明显的提高。线性范围为0.01-100μmol/L,检出限为8 nmol/L。同时该传感器稳定性很高,重现性较好,检测茶叶、咖啡和生物样品时,相对标准偏差低于3(4),加标回收率结果在92.9-107(4)之间,具有较高的实际应用价值。
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