电聚合制备三聚氰胺分子印迹QCM传感器薄膜及其表征研究_张孝刚
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将电极固定于洗净干燥的电解池内，吸取3.00mL聚 合液，接好电解池进行CV电聚合。 1.3.3.3 传感器薄膜模板分子洗脱
将电解池内聚合后的聚合液倒出，用少量去离子水 清洗电解池(不取出电极)，然后加入约2mL甲醇-乙酸(体 积比9:1)混合液，浸泡10min换1次洗液，清洗3次后用大 量的去离子水冲洗电解池和电极，然后用氮气吹干，置 于干燥器内放置过夜进行表征。 1.3.4 传感器薄膜表征
1 材料与方法
1.1 材料与试剂 三聚氰胺、甲基丙烯酸(纯度均大于99.9%) 美国
Sigma-Aldrich公司；邻苯二胺 成都格雷西亚化学技术 有限公司；硼酸、醋酸、磷酸、氢氧化钠均为分析纯； 氮气(≥99%)。 1.2 仪器与设备
HB 3120U超声波清洗仪 江苏汉邦科技有限公 司；CHI440b石英晶体微天平(CHI125A先镀钛再镀金 的晶体电极，CHI127 EQCM电解池，CHI128 Ag/AgCl Reference Electrode for EQCM，CHI129 Pt Counter Electrode for EQCM) 上海辰华仪器有限公司。 1.3 方法 1.3.1 晶体金电极清洗
Abstract：Molecularly imprinted membrane for direct modification of QCM sensor electrode was prepared by
electropolymerization using BR buffer (pH 8.0) as the solvent and the electrolyte solution under the conditions of 0–1.6 V, 22,
配制0.04mol/L的磷酸、硼酸和醋酸混合溶液，然后
用10mol/L NaOH溶液调节缓冲液pH值为8.0，即得pH值 为8.0的BR缓冲液。 1.3.3 电聚合制备传感器薄膜 1.3.3.1 电聚合液配制
配制一定浓度MEL、MAA、o-PD的BR缓冲液 (pH8.0)混合溶液，氮气除氧5min密封，于(16±1)℃静置 3h以上(不超过5h)备用(空白聚合液制备除不加MEL外， 其余处理完全相同)。 1.3.3.2 传感器薄膜的聚合
may be closely related to manual sampling, the high level of environmental noise and the electrode itself. As a result, it is hard to
establish a standard curve for accurate quantification of melamine. Key words：melamine (MEL)；molecularly imprinted membrane (MIM)；quartz crystal microbalance (QCM)；sensor；
收稿日期：2012-11-22 基金项目：国家自然科学基金项目(31160324)；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)；
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)；贵州大学研究生创新基金项目(校研农2011018) 作者简介：张孝刚(1986—)，男，硕士研究生，研究方向为食品营养与安全。E-mail：zxg200910@126.com *通信作者：朱秋劲(1969—)，男，教授，博士，研究方向为食品营养与安全和畜产品加工。E-mail：qiujin_z@hotmail.com
传感器检测技术提供一个可靠的方向。目前分子印迹技 术修饰石英晶体微天平的方法主要有相转化法、电聚合 技术和原位聚合法。相转化法利用成膜剂将预先制备好 的，对目标分子具有高特异性识别和容量的分子印迹聚 合物(molecularly imprinted polymer, MIP)固载到晶体电极 金表面，可以有效地保证薄膜对目标分子具有特异识别 作用，制备方法简单。但对制膜技术要求颇高，目前研 究取得了很大的成效[4-9]。电聚合制备分子印迹传感器薄 膜可以在任何形状的金属表面聚合得到紧密的聚合膜，
摘 要：通过研究得出，在聚合电压U为0～1.6V、聚合段数为22、模板三聚氰胺(MEL)浓度为4mmol/L、单体甲基丙烯 酸(MAA)浓度为10mmol/L、成膜剂邻苯二胺(o-PD)浓度为18mmol/L条件下，以pH 8.0的BR缓冲液作为溶剂和电解液， 用电聚合方法，直接在石英晶体微天平(QCM)传感器电极上修饰的分子印迹薄膜，其对目标分子MEL具有良好的频率 表征效果，频移值为59Hz。通过相同3个修饰电极的频率表征变化来看，电极对目标分子的识别表征极不稳定。这与手 动进样方式、环境较大噪声和电极本身差异密切相关，难以建立对目标分子的标准曲线(r=0.966)实现准确定量分析。 关键词：三聚氰胺；分子印迹膜；石英晶体微天平；传感器；电聚合
(Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Store and Processing of Guizhou Province, College of Life Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)
中国肉类食品综合研究中心 CHINA MEAT RESEARCH CENTER
肉类研究
MEAT RESEARCH
2013, Vol. 27, No. 01 11
基础研究
电聚合制备三聚氰胺分子印迹QCM传ห้องสมุดไป่ตู้器 薄膜及其表征研究
张孝刚，台红杏，田艳丽，朱秋劲*，胡 萍
(贵州大学生命科学学院，贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室，贵州 贵阳 550025)
用20mmol/L 的MEL BR缓冲液母液，以BR缓冲液配 制4、8、12、16、20mmol/L的MEL标准工作液。同时在 相同条件下制备5个修饰石英晶体电极进行对应浓度工作 液表征(方法同1.3.4节)。然后以MEL浓度为横坐标，频 移值为纵坐标绘制标准曲线。 1.4 数据分析
表征结果均为平行测定3次取平均值整数，表示为 ±s。统计分析采用Orthogonality Experiment Assistant 3.1、Origin Lab Origin V8.0软件。
electro-polymerization 中图分类号：O657.1
文献标志码：A
文章编号：1001-8123(2013)01-0011-06
石英晶体微天平(quartz crystal microbalance，QCM) 是以石英晶体为换能元件，利用石英晶体的压电效应， 将待测物质的质量信号转换成频率信号输出，从而实现 质量、浓度等检测的仪器。其测量精度可达纳克级，具 有结构简单、分辨率高、灵敏度高、特异性好、可实时 在线监测等优点[1]，被广泛应用于物理、生物、化学和医 学等各个领域[2-3]。然而，石英晶体微天平与分子印迹技 术相联合，充分利用了石英晶体微天平和分子印迹聚合 物的预定性、特异识别性优点，可为开发新型高灵敏度
石英晶体金电极金表面用Piranha溶液(30% H2O2， 70% H2SO4)清洗。具体操作：先将Piranha溶液少量滴加 在晶体电极中央使其覆盖金片部位(避免与两端接触点的 弹簧丝和银浆长时间接触而腐蚀)，浸泡15min。然后用 自制平滑摸擦橡胶头轻轻擦洗电极表面10s(不能过硬和 有菱边)，再用自来水将洗液冲洗干净，用洗耳球吹干 电极表面。循环上述过程1次，再滴加Piranha溶液浸泡 15min，然后用去离子水冲洗电极表面至中性后，氮气吹 干置于干燥器内放置3h以上备用。 1.3.2 BR缓冲液配制
12 2013, Vol. 27, No. 01
基础研究
肉类研究
MEAT RESEARCH
中国肉类食品综合研究中心 CHINA MEAT RESEARCH CENTER
膜的厚度可以通过电聚过程聚合液浓度和电聚合扫描圈数 等参数进行很好的控制[10-13]。如：以多巴胺为功能单体和 交联剂，过硫酸铵为氧化剂，在QCM晶振片表面制备对软 骨藻酸具有特异性识别能力的聚多巴胺分子印迹膜[14]，聚 邻苯二胺分子印迹纳米膜(iPPD)的制备[15]，以及电极修饰 后制备单糖荧光传感器[16]等的制备。原位聚合法[17-19]与电 聚合相类似，它将预先配制好的聚合液滴加到传感器电极 表面，然后利用紫外光、或靠分子间相互作用力进行膜引 发沉积，再将模板分子和未反应物质洗脱即得到对应传感 器修饰电极。但无论是那种技术，膜的均匀性、稳定性， 对目标分子精确定性和定量的表征还需进一步研究。
中国肉类食品综合研究中心 CHINA MEAT RESEARCH CENTER
肉类研究
MEAT RESEARCH
2013, Vol. 27, No. 01 13
2 结果与分析
2.1 电聚合制备薄膜的优化及表征 以MEL为模板、MAA为单体、o-PD为交联剂成膜
剂，BR缓冲液(pH8.0)溶剂，预先将各物质按一定配比混 合溶解，使各物质间在电聚合相同温度条件下充分组装 得到电聚合液，在电引发下，使o-PD相互聚合，沉积于 金薄片表面，尽而将模板与单体的复合物固定，形成包 含模板分子的印迹聚合物薄膜，再通过高极性溶液使模 板分子从聚合物中洗脱即得到对目标分子具有特异性识 别位点的分子印迹聚合物薄膜。
本实验以三聚氰胺(melamine，MEL)为模板分子、 甲基丙烯酸(methacrylic acid，MAA)为单体、邻苯二胺 (o-phenylenediamine，o-PD)为成膜剂，电聚合制备三聚 氰胺分子印迹石英晶体微天平传感器薄膜，并对薄膜进 行频移表征研究，分析薄膜制备中的CV曲线和对应频率 变化曲线，探讨印迹膜形成和识别机制。为建立新型、 高灵敏度三聚氰胺QCM检测技术提供基础数据和阐明其 检测识别原理。
4 mmol/L, 10 mmol/L and 18 mmol/L for polymerization voltage, the number of polymeric segments, template (melamine, MEL)
concentration, monomer (methacrylic acid, MAA) concentration and o-PD (film-forming agent) concentration, respectively, The
向固定有修饰的石英晶体传感器金电极的电解池中 添加2.00mL BR缓冲液(pH8.0)，接通电解池，进行石英 晶体微天平频移表征。待400s内频移不超过2Hz后先加入 100μL BR缓冲液(pH8.0)，再待400s内频移不超过2Hz后 加入100μL 20mmol/L MEL BR缓冲液(pH8.0)进行频移表 征，直至频移稳定。 1.3.5 标准曲线测定
prepared membrane had good performance for frequency characterization of MEL with frequency shift of 59 Hz. Three replicates
of the modified QCM sensor electrode showed variations in frequency characterization, suggesting its very poor stability, which
Electropolymerization for Preparation of Melamine Molecularly Imprinted QCM Sensor Membrane and Its Characterization
ZHANG Xiao-gang，TAI Hong-xing，TIAN Yan-li，ZHU Qiu-jin*，HU Ping
将电解池内聚合后的聚合液倒出，用少量去离子水 清洗电解池(不取出电极)，然后加入约2mL甲醇-乙酸(体 积比9:1)混合液，浸泡10min换1次洗液，清洗3次后用大 量的去离子水冲洗电解池和电极，然后用氮气吹干，置 于干燥器内放置过夜进行表征。 1.3.4 传感器薄膜表征
1 材料与方法
1.1 材料与试剂 三聚氰胺、甲基丙烯酸(纯度均大于99.9%) 美国
Sigma-Aldrich公司；邻苯二胺 成都格雷西亚化学技术 有限公司；硼酸、醋酸、磷酸、氢氧化钠均为分析纯； 氮气(≥99%)。 1.2 仪器与设备
HB 3120U超声波清洗仪 江苏汉邦科技有限公 司；CHI440b石英晶体微天平(CHI125A先镀钛再镀金 的晶体电极，CHI127 EQCM电解池，CHI128 Ag/AgCl Reference Electrode for EQCM，CHI129 Pt Counter Electrode for EQCM) 上海辰华仪器有限公司。 1.3 方法 1.3.1 晶体金电极清洗
Abstract：Molecularly imprinted membrane for direct modification of QCM sensor electrode was prepared by
electropolymerization using BR buffer (pH 8.0) as the solvent and the electrolyte solution under the conditions of 0–1.6 V, 22,
配制0.04mol/L的磷酸、硼酸和醋酸混合溶液，然后
用10mol/L NaOH溶液调节缓冲液pH值为8.0，即得pH值 为8.0的BR缓冲液。 1.3.3 电聚合制备传感器薄膜 1.3.3.1 电聚合液配制
配制一定浓度MEL、MAA、o-PD的BR缓冲液 (pH8.0)混合溶液，氮气除氧5min密封，于(16±1)℃静置 3h以上(不超过5h)备用(空白聚合液制备除不加MEL外， 其余处理完全相同)。 1.3.3.2 传感器薄膜的聚合
may be closely related to manual sampling, the high level of environmental noise and the electrode itself. As a result, it is hard to
establish a standard curve for accurate quantification of melamine. Key words：melamine (MEL)；molecularly imprinted membrane (MIM)；quartz crystal microbalance (QCM)；sensor；
收稿日期：2012-11-22 基金项目：国家自然科学基金项目(31160324)；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)；
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)；贵州大学研究生创新基金项目(校研农2011018) 作者简介：张孝刚(1986—)，男，硕士研究生，研究方向为食品营养与安全。E-mail：zxg200910@126.com *通信作者：朱秋劲(1969—)，男，教授，博士，研究方向为食品营养与安全和畜产品加工。E-mail：qiujin_z@hotmail.com
传感器检测技术提供一个可靠的方向。目前分子印迹技 术修饰石英晶体微天平的方法主要有相转化法、电聚合 技术和原位聚合法。相转化法利用成膜剂将预先制备好 的，对目标分子具有高特异性识别和容量的分子印迹聚 合物(molecularly imprinted polymer, MIP)固载到晶体电极 金表面，可以有效地保证薄膜对目标分子具有特异识别 作用，制备方法简单。但对制膜技术要求颇高，目前研 究取得了很大的成效[4-9]。电聚合制备分子印迹传感器薄 膜可以在任何形状的金属表面聚合得到紧密的聚合膜，
摘 要：通过研究得出，在聚合电压U为0～1.6V、聚合段数为22、模板三聚氰胺(MEL)浓度为4mmol/L、单体甲基丙烯 酸(MAA)浓度为10mmol/L、成膜剂邻苯二胺(o-PD)浓度为18mmol/L条件下，以pH 8.0的BR缓冲液作为溶剂和电解液， 用电聚合方法，直接在石英晶体微天平(QCM)传感器电极上修饰的分子印迹薄膜，其对目标分子MEL具有良好的频率 表征效果，频移值为59Hz。通过相同3个修饰电极的频率表征变化来看，电极对目标分子的识别表征极不稳定。这与手 动进样方式、环境较大噪声和电极本身差异密切相关，难以建立对目标分子的标准曲线(r=0.966)实现准确定量分析。 关键词：三聚氰胺；分子印迹膜；石英晶体微天平；传感器；电聚合
(Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Store and Processing of Guizhou Province, College of Life Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)
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基础研究
电聚合制备三聚氰胺分子印迹QCM传ห้องสมุดไป่ตู้器 薄膜及其表征研究
张孝刚，台红杏，田艳丽，朱秋劲*，胡 萍
(贵州大学生命科学学院，贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室，贵州 贵阳 550025)
用20mmol/L 的MEL BR缓冲液母液，以BR缓冲液配 制4、8、12、16、20mmol/L的MEL标准工作液。同时在 相同条件下制备5个修饰石英晶体电极进行对应浓度工作 液表征(方法同1.3.4节)。然后以MEL浓度为横坐标，频 移值为纵坐标绘制标准曲线。 1.4 数据分析
表征结果均为平行测定3次取平均值整数，表示为 ±s。统计分析采用Orthogonality Experiment Assistant 3.1、Origin Lab Origin V8.0软件。
electro-polymerization 中图分类号：O657.1
文献标志码：A
文章编号：1001-8123(2013)01-0011-06
石英晶体微天平(quartz crystal microbalance，QCM) 是以石英晶体为换能元件，利用石英晶体的压电效应， 将待测物质的质量信号转换成频率信号输出，从而实现 质量、浓度等检测的仪器。其测量精度可达纳克级，具 有结构简单、分辨率高、灵敏度高、特异性好、可实时 在线监测等优点[1]，被广泛应用于物理、生物、化学和医 学等各个领域[2-3]。然而，石英晶体微天平与分子印迹技 术相联合，充分利用了石英晶体微天平和分子印迹聚合 物的预定性、特异识别性优点，可为开发新型高灵敏度
石英晶体金电极金表面用Piranha溶液(30% H2O2， 70% H2SO4)清洗。具体操作：先将Piranha溶液少量滴加 在晶体电极中央使其覆盖金片部位(避免与两端接触点的 弹簧丝和银浆长时间接触而腐蚀)，浸泡15min。然后用 自制平滑摸擦橡胶头轻轻擦洗电极表面10s(不能过硬和 有菱边)，再用自来水将洗液冲洗干净，用洗耳球吹干 电极表面。循环上述过程1次，再滴加Piranha溶液浸泡 15min，然后用去离子水冲洗电极表面至中性后，氮气吹 干置于干燥器内放置3h以上备用。 1.3.2 BR缓冲液配制
12 2013, Vol. 27, No. 01
基础研究
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中国肉类食品综合研究中心 CHINA MEAT RESEARCH CENTER
膜的厚度可以通过电聚过程聚合液浓度和电聚合扫描圈数 等参数进行很好的控制[10-13]。如：以多巴胺为功能单体和 交联剂，过硫酸铵为氧化剂，在QCM晶振片表面制备对软 骨藻酸具有特异性识别能力的聚多巴胺分子印迹膜[14]，聚 邻苯二胺分子印迹纳米膜(iPPD)的制备[15]，以及电极修饰 后制备单糖荧光传感器[16]等的制备。原位聚合法[17-19]与电 聚合相类似，它将预先配制好的聚合液滴加到传感器电极 表面，然后利用紫外光、或靠分子间相互作用力进行膜引 发沉积，再将模板分子和未反应物质洗脱即得到对应传感 器修饰电极。但无论是那种技术，膜的均匀性、稳定性， 对目标分子精确定性和定量的表征还需进一步研究。
中国肉类食品综合研究中心 CHINA MEAT RESEARCH CENTER
肉类研究
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2013, Vol. 27, No. 01 13
2 结果与分析
2.1 电聚合制备薄膜的优化及表征 以MEL为模板、MAA为单体、o-PD为交联剂成膜
剂，BR缓冲液(pH8.0)溶剂，预先将各物质按一定配比混 合溶解，使各物质间在电聚合相同温度条件下充分组装 得到电聚合液，在电引发下，使o-PD相互聚合，沉积于 金薄片表面，尽而将模板与单体的复合物固定，形成包 含模板分子的印迹聚合物薄膜，再通过高极性溶液使模 板分子从聚合物中洗脱即得到对目标分子具有特异性识 别位点的分子印迹聚合物薄膜。
本实验以三聚氰胺(melamine，MEL)为模板分子、 甲基丙烯酸(methacrylic acid，MAA)为单体、邻苯二胺 (o-phenylenediamine，o-PD)为成膜剂，电聚合制备三聚 氰胺分子印迹石英晶体微天平传感器薄膜，并对薄膜进 行频移表征研究，分析薄膜制备中的CV曲线和对应频率 变化曲线，探讨印迹膜形成和识别机制。为建立新型、 高灵敏度三聚氰胺QCM检测技术提供基础数据和阐明其 检测识别原理。
4 mmol/L, 10 mmol/L and 18 mmol/L for polymerization voltage, the number of polymeric segments, template (melamine, MEL)
concentration, monomer (methacrylic acid, MAA) concentration and o-PD (film-forming agent) concentration, respectively, The
向固定有修饰的石英晶体传感器金电极的电解池中 添加2.00mL BR缓冲液(pH8.0)，接通电解池，进行石英 晶体微天平频移表征。待400s内频移不超过2Hz后先加入 100μL BR缓冲液(pH8.0)，再待400s内频移不超过2Hz后 加入100μL 20mmol/L MEL BR缓冲液(pH8.0)进行频移表 征，直至频移稳定。 1.3.5 标准曲线测定
prepared membrane had good performance for frequency characterization of MEL with frequency shift of 59 Hz. Three replicates
of the modified QCM sensor electrode showed variations in frequency characterization, suggesting its very poor stability, which
Electropolymerization for Preparation of Melamine Molecularly Imprinted QCM Sensor Membrane and Its Characterization
ZHANG Xiao-gang，TAI Hong-xing，TIAN Yan-li，ZHU Qiu-jin*，HU Ping