分子印迹膜修饰丝网印刷电极传感器的研究进展

文章编号:1004-1656(2014)07-0967-10
分子印迹膜修饰丝网印刷电极传感器的研究进展张孝刚1,2,唐㊀玲1,周智慧3,朱秋劲2,4*,赵晓联3
(1．遵义医学院公共卫生学院,贵州㊀遵义㊀563003;
2.贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室,贵州㊀贵阳㊀550025;
3．无锡市金坤生物工程有限公司,江苏㊀无锡㊀214000;
4．贵州大学生命科学学院,贵州㊀贵阳㊀550025)
摘要:分子印迹膜(MIM)对目标分子具有特异识别性和高选择性㊂丝网印刷电极(SPE)具有高灵敏度㊁低成
本㊁设计灵活和一次性可抛性㊂因此,MIM修饰的SPE传感器技术具有开发低成本㊁方便㊁高识别和高灵敏度
的商业化传感器的优势,应用前景广阔㊂但目前该技术在膜修饰技术,特性表征技术,电极制备材料筛选等方
面的研究还远远不足㊂本文针对SPE与MIM联用技术,对MIM,SPE,以及MIM修饰SPE传感器电极的研究
进展进行了概述,以便为进一步研究提供参考㊂
关键词:分子印迹膜;丝网印刷电极;传感器
中图分类号:O657．1㊀㊀文献标志码:A
Progress of screen printing electrode sensor modified
by molecularly imprinted membrane
ZHANG Xiao-gang1,2,TANG Ling1,ZHOU Zhi-hui3,ZHU Qiu-jin2,4*,ZHAO Xiao-lian3
(1．School of Public Health,Zunyi Medical College,Zunyi563000,China;
2．Food Science and Engineering Research Center,Guizhou University,Guiyang550025,China;
3．Wuxi Jinkun Bio-Technology CO．,LTD．,Wuxi214000,China;
4．Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Store and Processing of Guizhou Province,Guiyang550025,China)
Abstract:Molecular imprinted membrane(MIM)has specific recognition and high selectivity to target molecules．And Screen-prin-ted electrode(SPE)has high sensitivity,low cost,design flexibility and disposable droppable property．Therefore,the technology of SPE sensor modified by MIM possesses advantages on developing commercial sensors with low cost,convenience,high recognition and high sensitivity and it has broad application prospect．But now,the technology is largely deficient of membrane modified,charac-terization technique and screening of materials for electrode preparation．Aiming at coupling technology with SPE and MIM,the re-search progress of MIM,SPE and SPE sensor electrode modified by MIM are reviewed in this paper in order to provide a reference for further research．
Key words:molecularly imprinted membrane(MIM);screen-printed electrode(SPE);sensor
收稿日期:2013-09-01;修回日期:2013-10-25
基金项目:国家自然科学基金项目(31160324)资助;贵州省优秀青年科技人才培养计划项目(黔科合人字(2011)07号)资助;江苏省科技型企业技术创新资金-科技创业园内企业项目(BC2011034)资助;贵州农畜产品贮藏与加工重点实验室建设项目(黔科合计Z字[2012] 4001)资助
联系人简介:朱秋劲(1969-),男,教授,博士,主要从事为食品营养与安全研究㊂E-mail:qiujin_z@hotmail．com
化学研究与应用第26卷
传感器用电极作为换能元件,具有制作简单㊁特异性好㊁分析速度快㊁灵敏度高㊁检出限低(10-13
mol㊃L-1[1])㊁易于便携化和在线检测等优点,在实际研究应用中展现出其独特的优越性能[2-5]㊂分子印迹聚合物膜(Molecularly imprinted membrane MIM)兼具分子印迹聚合物(MIPs)的特异识别性[6]和膜分离技术的优点,能克服商业膜材料无法实现单个物质选择分离的缺点[7]㊂将MIM作为敏感识别元件与传感器技术结合,显示出其独特的高选择性和高灵敏度[8-15]㊂然而丝网印刷电极(Screen-printed electrode,SPE)是传感器电极中的一种,其制备所需设备简单,投资小,所制备的电极成本低,具有一次性可抛的特点[16]㊂这样一来,MIM修饰SPE的联用传感器技术[17-22]就结合了SPE的高灵敏度㊁低成本㊁设计灵活和一次性可抛性与MIM的特异识别㊁高选择性等优点㊂二者的结合具有开发低成本㊁方便㊁高识别和高灵敏度的商业化传感器的优势㊂本文就MIM修饰SPE 的联用传感器技术,对分子印迹膜,丝网印刷电极,以及MIM修饰SPE传感器电极的研究进展进行概述㊂
1㊀分子印迹膜的研究及应用
分子印迹膜(MIM)是将分子印迹技术(MIT)用于膜分离领域,人工合成对印迹分子具有专一识别能力的新型分离膜㊂它是通过在膜制备过程中引入模板分子,使膜材料具有分子记忆与识别作用,形成具有特异性高效分离和识别作用的分离膜[23],克服了膜技术中无法从其结构类似实现单个物质的选择性分离的缺点[7]㊂
MIM主要有分子印迹整体膜和分子印迹复合膜2种类型㊂前者是在模板分子㊁功能单体㊁引发剂和致孔剂存在下制成铸膜液,成膜后将模板分子洗脱,得MIPs整体膜,是以MIPs自身作为支撑体㊂后者一般是将已有的商业膜或修饰基材,通过表面修饰作用形成具有分子印迹识别功能的皮层;由于具有超滤或微滤支撑层,或者敏感元件,因此可获得大通量㊁高选择性和高灵敏度的分子印迹膜,这也是人们研究和关注的重点㊂MIM的制备方法有原位聚合[24](铸膜液直接在基板上引发交联制得)㊁相转化(一方面可直接在聚合物材料中通过接枝引入识别位点,无需自由基引发聚合,聚合物膜结构是在印迹分子存在
下在聚合物溶液中形成的,具有识别位点和通
道[25-27],另一方面是直接利用制备好的MIPs㊁相转化溶剂和成膜剂,制备成膜悬浮液后在载体上直
接涂布,形成MIM[9])㊁溶胶-凝胶包埋法[26]㊁表面修饰[28]和电聚合[29-31]等㊂前两种方法常用于制备分子印迹整体膜,表面修饰法可用于制备分子印迹复合膜,而电聚合法在传感器敏感膜的制备独显其优势,MIM在手性物质拆分,生物提取,传感器检测等领域有广泛的研究[32-36]㊂
2㊀丝网印刷电极的研究及应用2．1㊀丝网印刷电极及其原理
丝网印刷属于四大印刷方法的孔版印刷,它
是采用丝印工艺在绝缘支撑体或基板上按照一定
顺序沉积一层或数层印刷油墨(金㊁银㊁铂㊁碳油
墨)制备而成的,可一次性使用的电极(电极示意
图如图1)㊂基本原理是:丝网印版图像部分(图1
中成像部分)的网孔能够透过油墨,油墨漏印至承
印物上;印版上其余部分网孔堵死不能透过油墨,
在承印物上形成空白,即在特定区域形成了有网
印结构的单元㊂SPE的设计有两类[37]如图1,一是两电极系统(第一代SPE),即只有工作电极和参比电极 电极①,其参比电极也作对电极;其二为三电极系统(第二代SPE),即有工作电极㊁对电极㊁参比电极 电极②㊁③㊂若根据单片电极上工作电极的数量,SPE可分为单通(电极①㊁②)㊁双通道(电极③)㊁多通道等(依次类推
)㊂
图1㊀丝网印刷电极示意图
Fig．1㊀Diagram of SPE
注:各电极中:1 工作电极,2 对电极,3 参比电极
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第7期张孝刚,等:分子印迹膜修饰丝网印刷电极传感器的研究进展
2．2㊀丝网印刷电极制作材料
丝网印刷以丝网印版作模具,传感器电极大小和形状可自由设计,易微型化和集成化,它主要包括印版的制备和电极印刷两部分㊂丝网印刷工艺中最关键的环节就是印版的制备㊂现代感光制版法以丝网为支撑体,将丝网绷紧在网框上,然后
在丝网上涂布感光胶,形成感光膜,再将底版密合在感光膜上,经曝光,显影,印版上需要通过油墨的图像部分的网孔设定不封闭,印刷时能透过油墨在承印物上形成图案㊂其丝网印刷工艺流程如图2[38]
㊂
图2㊀丝网印刷工艺流程Fig．2㊀Screen-printed process
印版材料中,①原稿是指要制作的传感器试条的图形,底版是丝网印刷的阳图案,即将原稿刻绘在胶片上得到晒版用的底版㊂②丝网是制作网版的骨架,是支撑感光胶或感光膜的基体㊂要求抗张强度大,断裂伸张率小,回弹性好,耐湿度变化的稳定性好,油墨通过性好,对化学药品的耐抗性好㊂其材料主要有蚕丝网㊁尼龙丝网㊁涤纶丝网㊁不锈钢丝网㊁新型丝网(VS-HT 高能力丝网,SEFAR?PET1500聚酯丝网,V 型丝网)等等[39]㊂③网框是支撑丝网用的框架,由金属㊁木材或其他材料制成,应满足绷网张力的需要,坚固耐用,轻便价廉,粘合性好等㊂④感光胶是丝网印刷印版
的图形材料,要求较高:制版性能好,便于涂布;感光范围适当,便于选择光源和操作;光敏感度高,成像效果好;稳定性好,便于贮藏;抗有机溶剂能力强,适用不同种类的油墨;成膜后还应有相当强的耐压力,以便多次印刷等㊂⑤晒版是把阳图底版的膜面密合在感光膜上曝光㊂晒版前应让感光膜彻底干燥㊂⑥显影是将感光版上未曝光的部分剥离,得到渗透性图案即印版㊂
SPE 材料中,电极基板材料目前有氧化铝㊁陶瓷㊁聚氯乙烯㊁喷漆纸板涂层㊁聚碳酸酯㊁金㊁铁和纤维玻璃等[37,40]㊂丝印电极油墨主要有金㊁银㊁铂和碳等材料㊂金属油墨用来制作电极条基轨,提高导电性,碳油墨铺在金属油墨上,阻止与溶液直接接触,还起被修饰以固定连接酶㊁抗体㊁核酸㊁特异识别聚合物(MIPs /碳/金纳米管/颗粒等)的作用㊂碳油墨是一种导电碳浆,既有碳的多孔性和生物相容性,又有较好的导电性㊂碳浆还可方便㊁快速地印制在绝缘基底上,是目前制造电极型传感器的流行电极材料[41]㊂
2．3㊀丝网印刷电极的应用
近年来,SPE 成为生物传感领域的研究热点㊂随着SPE 制作技术的逐渐成熟,经济型SPE 商业化生产已成为现实㊂目前国内外多家公司已经有商业化的产品[37],如Pine Research Instrumentation (http://www．pineinst．com /echem )㊁PalmSens Electrochemical Sensor Interface (http://www．palmsens．com)㊁无锡市申瑞生物制品有限公司㊁无锡市化工研究设计院有限公司㊁和易达科技术有限公司等㊂
SPE 制作简单,成本低,易于实现批量化生产,是制作一次性可抛电极的主要手段㊂在免疫学[42]㊁环境分析等[37]㊁食品分析[43,44]诸多领域具有广泛的研究和应用(如表1)㊂从下表可以看出,丝网印刷电极在多领域的应用均取得了较好的成果,总的来说,针对具体物质检测时,具有较宽的线性范围,较高的灵敏度,检出限值(最低可为μg 级,最高可达pg 级),能达到实际应用的需要㊂
3㊀分子印迹膜修饰丝网印刷电极的研究
基于MIM 和SPE 各自的优点,将MIT 与SPE 相集成,联合开发对特定物质具有高灵敏度㊁低成本,可批量商业化生产的传感器元件,具有高的可靠性㊂
3．1㊀SPE 表面修饰MIM 技术的发展
3．1．1㊀原位聚合法㊀原位聚合法是将一定量的模板㊁单体㊁交联剂/助溶剂㊁引发剂㊁粘合剂等用
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化学研究与应用第26卷
适当的溶剂溶解,制成预聚合液,然后直接滴加于承载物上,利用紫外或热引发自由基反应聚合得到MIM的技术㊂因其操作简单,而得到广泛关注㊂上海交通大学农业与生物学院的柴春彦㊁刘国艳团队在MIM修饰SPE传感器方面,针对舒喘灵(沙丁胺醇)㊁氯霉素㊁地西泮和莱克多巴胺等分子,应用原位聚合法做了大量研究㊂详见如下:
表1㊀丝网印刷电极的应用实例
Table1㊀Application of SPE
领域检测物质检测(线性)范围检出限文献
临床医学
癌胚抗原
糖链抗原125
抗幽门螺杆菌IgG
癌胚抗原
辣根过氧化物酶
0．5~25ng㊃mL-1
0~24U/mL
0~100U/mL
1~138μg㊃L-1
10μg㊃L-1~10mg㊃L-1
0．22ng㊃mL-1
0．2U㊃mL-1
20U㊃mL-1
0．4μg㊃L-1
10ng㊃mL-1
[45]
[46]
[47]
[48]
[49]
食品分析检测致病
微生
物
生物
分子
副溶血性弧菌
禽流感H5N1抗体
大肠杆菌O157:H7
冈田酸
短杆菌毒素
软骨藻酸
河豚毒素
黄曲霉毒素B1
黄曲霉毒素M1
乙草胺
乙醛
D-乳酸
L-乳酸
乙醇
105~109cfu㊃mL-1
102~107cfu㊃mL-1
4~125ng㊃mL-1
6~400ng㊃mL-1
10~160ng㊃mL-1
5~100ng㊃mL-1
0．1~100ng㊃mL-1
0．15~2．5ng㊃mL-1
3~16ˑ10-2ng㊃mL-1
5~500μmol㊃L-1
10~250μmol㊃L-1
75~1000μmol㊃L-1
10~250μmol㊃L-1
5~500μmol㊃L-1
1000~1200μmol㊃L-1
120~2000μmol㊃L-1
10~3000μmol㊃L-1
1~250μmol㊃L-1
7．374ˑ104cfu㊃mL-1
6ˑ102cfu㊃mL-1
1．5ng㊃mL-1
1．0ng㊃mL-1
2．0ng㊃mL-1
5．0ng㊃mL-1
1．6ˑ10-2ng㊃mL-1
0．15ng㊃mL-1
2．5ˑ10-2ng㊃mL-1
5．0ng㊃mL-1
1．0μmol㊃L-1
6．0μmol㊃L-1
50μmol㊃L-1
6．0μmol㊃L-1
1．0μmol㊃L-1
100μmol㊃L-1
1．0μmol㊃L-1
[50]
[51]
[52]
[37]
食品
分析
检测
生物分子
农兽
药残
留
对氧磷
西维因
胆固醇
肌红蛋白
污染物1-羟基芘
孕酮
甲睾酮
地西泮(安定)
莱克多巴胺
琥珀酸氯霉素
氯霉素
2~90ng㊃mL-1
100~400mg㊃dl-1
50nM~700nM
2．84ˑ10-4~4g㊃L-1
0．1~1mmol㊃L-1
0~125μM
0．039~0．62mg㊃L-1
0．039~1．25mg㊃L-1
2．0ˑ10-7~1．0ˑ10-5moL㊃L-1
0．33~8．0mg㊃L-1
1ˑ10-8~1．2ˑ10-5mol㊃L-1
0．2~1．0mg㊃L-1
1．0μmol㊃L-1
20μmol㊃L-1
182nM
5．0ng㊃mL-1
10．5pg㊃mL-1
0．008mg㊃L-1
0．008mg㊃L-1
2．5ˑ10-8moL㊃L-1
0．033mg㊃L-1
2ˑ10-9mol㊃L-1
0．05mg㊃L-1
1．922mg㊃L-1
[37]
[41]
[20]
[53]
[54]
[17]
[55]
[56]
[57]
[58]
[59]
[19]
[60]
[61]
[62]
环境分析检测
SO2
邻苯二酚
苯酚
杀螟硫磷
2,4-二氯苯氧乙酸
4~50μg㊃mL-1
3ˑ10-6~10-4mol㊃L-1
1．69~30000ng㊃mL-1
4．0μg㊃mL-1
5．0μmol㊃L-1
0．5μmol㊃L-1
8ˑ10-7mol㊃L-1
1．69ng㊃mL-1
[37]
[21]
[63]
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第7期张孝刚,等:分子印迹膜修饰丝网印刷电极传感器的研究进展
紫外引发聚合研究中,柴春彦等[10]以沙丁胺醇为模板,二甲亚砜为溶剂,MAA为单体,EGDMA 为交联剂,并添加甲基丙烯酸酯聚氨酯乳液MPG 和引发剂AIBN㊂混合液氮气脱氧后取4μL添加到PVC薄片形成的丝网印刷电极工作区方形凹槽中,在氮气保护,0ħ紫外引发聚合90min,得到电导型分子印迹丝网印刷电极,对沙丁胺醇显示出高灵敏度和选择性㊂此电极接于商业便携式电导仪上,可通过更换修饰电极来实现多样本和连续测定㊂通过扫描电镜观察传感器表面薄膜发现, MIM中聚合物颗粒呈多孔球状,直径在0．5~ 1μm,聚合物对目标分子产生 牵制效应 从而实现吸附识别㊂张挪威[51]将模板-琥珀酸氯霉素CAP SC/CAP㊁功能单体 MA㊁交联剂 EGD-
MA㊁引发剂 AIBN㊁溶剂THF和粘合剂 甲基丙烯酸酯-水性聚氨酯聚合乳液(PUA)制成聚合液,滴加10μL到带有圆孔的电极条上,加盖一载薄片,于400W紫外灯下照射进行聚合反应6h后取出电极条,4ħ冰箱中冷却,分离载玻片后得到带有MIM的电极条㊂所制备的MIM厚度在80~ 100μm,加入粘合剂PUA使膜具有适度的韧性,与电极粘合紧密,不易脱落,电镜扫描显示,MIM表面有许多模板分子的印迹微孔,直径介于50~200 nm之间,这些微孔就是MIM再次识别模板分子的基础㊂同样,李锋[52]用相同的单体㊁交联剂和引发剂,以THF作溶剂,在一次性丝网印刷电极上原位修饰了针对氯霉素的MIM㊂所得分子印迹物存在-OH振动,表明分子印迹物上有氢键形成,存在分子印迹空穴㊂赵晓联等[64-65]也用类似的方法,以胆固醇为模板分子,得到了胆固醇MIM修饰的SPE,并对废弃食用油和血液中胆固醇进行了测定㊂
原位热聚合研究中,刘晓芳等[48,49]将预先配制好的地西泮分子印迹聚合液(模板-地西泮㊁单体-MAA㊁溶济-DMSO㊁交联剂-EGDMA㊁引发剂-AIBN)均匀涂布在一次性丝网印刷电极工作区,电极条固定在密闭容器底部,抽真空后于60ħ水浴中聚合,反应完全后取出电极条,置于4ħ冷却即得到地西泮MIM修饰的SPE㊂其将修饰后的SPE 固定于两加样控制挡板之间,形成测试加样区,电极通过USB接口与便携式电导仪相连接,组装成检测实际肉类样品中地西泮残留的电导型传感器[49],扫描电镜分析该膜与非印迹膜相比,印迹膜表面形成了大量印迹微孔,膜表面结构不均一,分布有大量的凹陷及孔穴样结构,MIM厚度介于20 ~40μm之间㊂相同条件下,张洪才等[13,50]依次以多壁碳纳米管(MWCNs)和MIM修饰SPE,再与多壁碳纳米管和非分子印迹膜(NIM)修饰的丝网印刷电极组合形成试样加样区,与便携式电导仪相连接,组成检测莱克多巴胺残留的便携式电导型传感器,可实现现场快速检测㊂
原位聚合法制备MIM修饰SPE传感器简单易操作,其成膜液有时需要使用粘合剂对膜进行改性,改善其与电极的接合性和膜性能㊂此外,为达到此目的,也需要对SPE应用纳米材料进行修饰,最终达到实际应用的需求㊂然而所得MIM交联度高,孔隙率低,膜容量有限,膜厚(微米级),膜均匀性不足,传质效果受限[66],在实际检测中对于特定目标分子,干扰物质的影响具有较大的差别㊂3．1．2㊀电聚合法㊀电聚合法是将修饰电极置于分子印迹预组装混合液中,然后进行循环聚合,制备均匀㊁超薄MIM的技术㊂对制备传感器MIM比较适用,所制得传感器薄膜厚度在纳米级,且可通过电聚合过程中聚合扫描循环数进行控制,方法简单,可解决膜与传感器界面接触的问题㊂刘晓芳等[19]采用 致孔剂印迹技术 ,以邻苯二胺为成膜剂㊁地西泮为模板,NaH2PO4-Na2HPO4(pH6．0)缓冲液为电聚合液,采用循环伏安法CV在一次性丝网印刷碳电极表面聚合得到聚邻苯二胺 地西泮MIM修饰SPE㊂本法通过更换修饰有印迹膜的丝网印刷电极条,可达到多个样品的快速检测㊂Pellicer等[21]利用CV法,以杀螟松为模板,Ni (II)-phtalocyanine为功能单体,在0．05mol㊃L-1 NaOH中电聚合修饰了丝网印刷碳电极(SPCEs), Ni(II)-phtalocyanine聚合物能够很好的沉积在电极表面,75个循环后,达到最优值㊂同时,模板分子杀螟松的引入可以减小峰电流㊂电聚合法克服了常规压膜㊁原位聚合和旋涂法制膜引起的膜厚(微米级),均匀性差,难重复,影响传感器灵敏度等缺点㊂但目前电聚合法制备MIM修饰SPE研究较少,仍需进一步深入研究㊂3．1．3㊀自组装法㊀自组装法是在不添加其他交联剂条件下,通过模板与单体间的化合物相互作用力结合而成膜,适合于电极表面易于接枝的传感器电极制备㊂如金可与含巯基类物质(巯基乙醇/十二烷基硫醇)接枝,进行MIM修饰㊂自组装方法包括共价(或配位)自组装㊁氢键自组装㊁静电自组装,它与其他印迹膜相比有较高的识别能
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化学研究与应用第26卷
力[67]㊂目前在MIM修饰SPE方面研究也较少,薛茜男等[20]以溅射方法制备铂平面电极为对电极,饱和甘汞电极为参比电极㊂将胆固醇与十二烷基硫醇溶于乙醇配置成混合溶液,再将处理过的金电极置于混合溶液中组装12h,用乙醇对金电极进行清洗,制得基于自组装技术的胆固醇MIM修饰的丝网印刷金电极,不仅能满足自组装分子印迹仿生膜的修饰,而且电极表面具有明显的纳米放大效应㊂胆固醇分子印迹膜呈现出分布均匀的多孔状结构,使得传感器表面信号进一步放大㊂3．1．4㊀相转化法㊀由于原位聚合制得的MIM容量不足,相转化法作为一种替代手段应运而生㊂它是通过添加制备成功的MIPs作为最终膜识别基础的膜制备技术,但在传感器修饰薄膜研究中,相转化法由于对涂膜技术有严格的要求,膜的均匀性,稳定性还有待进一步提高㊂Kirsch,N 等[17,47]先后研究了1-羟基芘(1-OHP)分子印迹聚合物修饰的丝网印刷碳电极(SPCE)传感器,测定了多环芳烃(PAHs)代谢产物和尿中的1-OHP㊂其先利用热引发本体聚合制得1-OHP的MIPs,粒径在53μm以下[17]㊂其后在原基础上加入了Vi-nylbenzyl)trimethylammonium1-hydroxypyreneolate,制备了1-OHP的分子印迹聚合物[47],粒径在47μm以下㊂最后将聚合物真空干燥后,与D14油墨按一定比例混合,延展铺于SPCE修饰区域,干燥后即得MIM修饰电极(非印迹聚合物为对照)㊂3．2㊀MIM修饰SPE的类型
3．2．1㊀电流型㊀电流型电化学传感器反应了电活性物质在电极表面发生氧化还原反应时产生的氧化还原电流与待测物质的量的关系㊂它是三种电化学传感器中最易实现㊁研究最多和应用最广的一种,在MIM修饰SPE传感器的研究也不例外㊂它为微尺寸范围内电活性物质的测定提供了一种高灵敏度的方法㊂其研究结果均显示了良好的效果,但其商业化程度还不够[68]㊂Kirsch,N等把修饰电极在c(1-OHP)=0．1~1 mM35%的水-甲醇溶液中温育1h[17],然后在50%甲醇-0．25M三磷酸缓冲液中进行CV表征,最终显示出良好的线性关系㊂1-OHP容易在SPCE上氧化和表现出电化学的ECE(电子转移-化学反应-电子转移)机制过程㊂此后,他们把修饰电极在c(1-OHP)=10~100μM的水-甲醇溶液(包含0．014M NaOH,0．14M NaCl)中振荡温育1h㊂然后在0．025M磷酸盐,0．1M NaCl的等体积水-甲醇溶液缓冲液中CV表征,c(1-OHP)在0~125μM表现出良好的线性关系,检出限量为182nM,修饰电
极得到了良好的改善㊂Pellicer[21]利用电聚合制得杀螟松分子印迹修饰丝网印刷碳电极后,以方波
伏安法(SWV)研究了该SPCEs对杀螟松的识别检
测特性,杀螟松浓度在3ˑ10-6~10-4mol㊃L-1具有良好的线性,最低检出限为8ˑ10-7mol㊃L-1,具有良好的稳定性(RSD<14%)㊂但此电极易受一定物
质的干扰(苯嗪草酮,fenitrothion-oxon,甲基对硫磷
等)㊂
张挪威[51]在原位聚合MIM修饰SPE后,以高氯酸溶液为支持液,进行CV电流表征,对琥珀酸氯霉素具有很高的灵敏度和特异性,检出限为2ˑ10-9mol㊃L-1,检测线性范围为1ˑ10-8~1．2ˑ10-5 mol㊃L-1,基于牛奶样品的检测回收率介于93．5% ~95．5%㊂在氯霉素(CAP),甲砜霉素,氟甲砜霉素和对硝基苯甲酸作干扰物质的干扰实验中发现,由于MIM对模板分子的识别包括对各个基团的识别以及对分子整体的识别性,与CAP-SC分子结构类似物会严重干扰检测结果准确性,结构越接近,干扰越大,结构差别较大的对硝基苯甲酸对检测结果几乎没有干扰作用㊂刘晓芳等[19]制得地西泮MIM修饰丝网印刷电极传感器,以KI的H2SO4溶液为测试背景液(KI为印迹电极和底液间的探针),建立了差示脉冲法间接检测地西泮的电流型传感方法㊂该传感器制备和更换非常方便,样品的富集时间为3min,在2．0ˑ10-7~1．0ˑ10-5moL㊃L-1范围内与峰电流呈良好的线性关系,检出限为2．5ˑ10-8moL㊃L-1,基于猪肉样品的加标回收率为92%~95%,将该传感器可初步用于实际样品分析㊂
此外,薛茜男等[20]采用计时电流法对胆固醇MIM修饰SPE进行了研究,其线性范围为50nM ~700nM,灵敏度达到-4．94μA/[lg(nM)],R= 0．994,检测准确度达到了99．56%㊂同样,赵晓联等[64-65]也制备了胆固醇MIM修饰MIM,在对废弃油脂和血液中胆固醇检测时,线性范围为50μg/g ~2mg/g,对样品油最低检测限量为6μg/g,5次的SD为3．4%,相距两个月两次检测结果SD小于3．9%㊂血液样品测定线性范围介于100~400 mg/dl,5次SD为5．1%,相距两个月两次检测结果的SD小于3．2%㊂均具有良好的重复性和稳定性㊂
3．2．2㊀电导型㊀电导型电化学传感器是一种建
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第7期张孝刚,等:分子印迹膜修饰丝网印刷电极传感器的研究进展
立在双电层理论上的传感技术,物质的吸附和表面电荷的改变对双电层结构都会产生明显影响㊂在一定条件下,它反应的是溶液电导率与离子浓度之前的关系㊂从原理上讲,电导型化学传感器是最灵敏的电化学检测方法,但由于溶液中电导的测量不是特异性的,通常溶液中有其他离子存在,从而产生很高的背景信号,这使电导型电化学传感器更多是适用于对迁移速度快的无机离子和某些有机物的分析[68]㊂
MIM修饰SPE传感器方面,柴春彦等[10]制备的沙丁胺醇分子印迹电导型SPE,线性浓度范围在50~280nmol㊃L-1,最低检出限为13．5nmol㊃L-1,MIM修饰的SPE对莱克多巴胺和克仑特罗的干扰实验显示,修饰电极具有良好的抗干扰能力,结果无显著性差异㊂对猪尿样中沙丁胺醇检出回收率为92．1-98．3%,具有高的选择性和灵敏度㊂李锋[52]将修饰有MIM的SPE与电导分析仪相连,组装成对兽药残留检测的电导型传感器㊂传感器对HS-CAP检出限量0．05mg㊃L-1,线性范围0．2 ~1．0mg㊃L-1,样品检测回收率94．3%~98．5%,传感器使用寿命不短于6个月㊂其电导型电化学传感器检测氯霉素的线性范围0．5~10mg㊃L-1,检出限量0．098mg㊃L-1,回收率94．3%-98．5%,批内检测SD=0．044,批间检测SD=0．031㊂检测己烯雌酚线性范围0．65~10mg㊃L-1,检出限0．15 mg㊃L-1,回收率92%-105%,批内检测SD=0．021,批间检测SD=0．032㊂电化学传感器检测沙丁胺醇的线性范围0．4~10mg㊃L-1,检出限0．08mg㊃L-1,回收率90．5%~108%,批内检测SD=0．022,批间检测SD=0．041㊂此电化学传感器检测效果灵敏㊁高效,使用便捷,能够实现对违禁兽药的快速㊁精确定量检测,还可以对弱电解质样品进行直接检测,无需样品预处理,而强电解质离子会对检测结果产生很大干扰㊂
刘晓芳等[48]以B-R缓冲液(pH7．0)也构建了电导型地西泮MIM修饰SPE㊂其地西泮与单体可形成l:2型氢键配合物,印迹聚合物中存在可与模板分子通过协同氢键相互作用的官能团㊂该方法检测线达8ng㊃mL-1,线性范围为39~620ng㊃mL-1,可实现现场快速检测㊂对实际肉类样品的便携式电导传感器装置[49]对地西泮也具有很高的灵敏度和特异性,检出线为8ng㊃mL-1,线性范围为39~1250ng㊃mL-1,基于肉品的检测回收率为91．3%~95．0%㊂张洪才[50]以多壁碳纳米管和分子印迹膜修饰丝网印刷电极,以Tris-HCl缓冲液(pH7．0)为测试液建立了检测莱克多巴胺的标准曲线,测试了实际猪尿样中莱克多巴胺的含量㊂检出线为0．033μg㊃mL-1,线性范围为0．33~8．0μg㊃mL-1,基于猪尿样的检测回收率达到91%~ 98%㊂
3．3㊀其他MIT-SPE联用技术
张洪才[69]采用本体热聚合的方式合成盐酸克伦特罗的分子印迹物㊂用盐酸克伦特罗分子印迹材料作为固相萃取剂,采用差分脉冲伏安法(DPV)对洗脱液进行丝网印刷电极电化学性能测试㊂对盐酸克伦特罗在0．056~2．78mg㊃L-1浓度范围内呈现良好的线性关系,检测下限为0．005 mg㊃L-1,在猪尿样品中的回收率为89．3%~ 99．6%,具有良好的选择性和稳定性㊂
4㊀分子印迹膜修饰丝网印刷电极展望
将MIT与SPE相集成,可联合开发对特定物质具有特异识别性㊁高灵敏度㊁低成本,可批量商业化生产的可抛式传感器元件㊂可为开发便携式传感器,在线实时检测,快速分析提供可靠的依据,它在医药㊁食品㊁环境领域的研究和应用具有巨大的前景㊂然而,目前的研究还处理初级阶段㊂其膜修饰技术中,原位聚合膜存在交联度高,孔隙率低,膜容量小,膜厚(微米级),膜均匀性不足,传质效果受限的缺陷㊂相转化法虽然能够保证膜的容量,但涂膜技术还不成熟㊂自组装和电聚合技术在制备纳米薄膜方面具有独特的优势,是传感器薄膜发展的重要方向,但目前研究甚微㊂电极表征技术(如电化学阻抗电极表征技术完全还是空白),以及电极材料㊁修饰材料等均还未显现各技术和材料的优势㊂研究较为成熟的电流㊁电导表征技术的商业化程度还不够,而且在实际检测中对于特定目标分子,结构类似物的干扰效应也是急需解决的问题㊂因此,MIM修饰SPE传感器技术,在膜修饰技术,特性表征技术,电极制备材料筛选方面还有待进一步深入研究㊂
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