现在分析检测技术文献综述

分子印迹电化学微传感器的制备及应用

1.2 分子印迹电化学微传感器简述

1.2.1 分子印迹电化学传感器简介

分子印迹技术（MIT）也称模板印迹技术，是采用人工方法制备对特定分子（即印迹分子或模板分子）具有专一性结合作用，且具有特定空间结构空穴的分子印迹聚合物（MIPs）的技术[42]。分子印迹聚合物（MIPs）即是这样一种合成的人工受体：它具有形状与底物分子相匹配的空腔，而且有着特定排列的功能基团可以与底物分子产生识别作用[43]；如果以一种分子为印迹分子，选用适当的功能单体与之依据共价或非共价键的方式预组装后，再用交联剂交联聚合，当印迹分子除去后，聚合物中就留下了与此分子相匹配的空穴（如图2）。如果构建合适，这种分子印迹聚合物就像钥匙对锁一样具有专一选择性[43]。分子印迹电化学传感器（MIECS）是通过将MIT与电化学检测手段相结合制成的传感器[44]。MIECS兼具MIT和电化学检测技术的优点，即高选择性、高灵敏度、易于微型化和自动化，且价格低廉[45]。MIECS通常以MIPs作为敏感膜，当MIPs敏感膜与目标分子结合时，产生一种电信号，通过转换器将此信号转换成可定量的输出信号，监测输出信号以实现对目标分子的实时测定。而对目标分子的在线监测主要要解决的问题是干扰较大，结合分子印迹技术可以降低干扰。

图2.2 分子印迹流程图[46]

Fig.2.2 Schematic diagrams of the molecular imprinting process

1.2.2 分子印迹电化学传感器的研究现状

与传统传感器相比，分子印迹电化学传感器因其具有优异的选择性和较长的使用寿命、经久耐用性等优点，在生命科学的分析检测领域应用广泛[47]。

Li L F [48]等以肝素作为模板分子，丙烯酰胺（AM）作为功能基体，乙二醇二甲级丙烯酸酯（EGDMA）作为交联剂，AIBN作为引发剂成功制备了肝素分子印迹电位传感器，该传感器灵敏度高、选择性好、成本低可用于阿地肝素钠注射液的实际检测。Prasad B B [49]等先将多壁碳纳米管修饰到铅笔芯电极表面，再将天冬氨酸与聚（吲哚-3-乙酸），共聚和至修饰电极表面，最后采用过氧化的方

法洗脱模板分子，成功制备了天冬氨酸手性传感器，可用于微量D-、L-天冬氨酸的实际检测，该项研究有望用于指示因天冬氨酸缺乏所引起某些慢性疾病的发生。Wang Y [50]等在阀上实验室系统（LOV）中，基于非共价键的分子印迹邻苯二胺聚合物膜修饰电极，成功制备了曲酸电化学传感器，传感器选择性好，检出限高达3 nM，可用于化妆品中曲酸的实际检测。Lian H T [51]等采用CdS量子点（QDs）掺杂壳聚糖作为功能基体，制备了一种高灵敏的尿素印迹传感器；传感器的最低检测限为1.0×10-12 M，并显示了良好的选择性，可用于人体血清中尿素的实际检测。刘斌[52]等制备了以壳聚糖为功能基体，杀虫剂啶虫脒为模板分子，戊二醛为交联剂的印迹膜电极，并构建印迹传感器。研制出了一种能快速用于农药残留物中啶虫脒的分离、富集与检测同步进行的分子印迹电化学传感器。结果证明制备的印迹传感器对模板分子啶虫脒的选择性识别性能好，响应快，具有良好的稳定性和重现性。Wu B W [53]等制备了一种新颖的分子印迹阻抗传感器，可用于选择性检测三聚氰胺（MEL），该方法有望进一步用于食品中非活性物质的分析检测。Guan G [54]等采用导电聚合物膜结合分子印迹技术制备了一种电化学传感器，可用于内吸性农药二氯苯氧基乙酸的实际测定。

从以上分子印迹电化学传感器的研究现状来看，电化学检测方法灵敏度高、仪器成熟、应用广泛，MIT与之结合，提高了方法的检测特异性。因此进一步完善电极MIPs敏感层的制备技术，电化学传感器将最有希望成为一种可以普遍推广的检测手段[55]。但是上述方法还是存在一些问题：（1）部分敏感膜的制备是在有机相中进行；（2）有些制备时间长，制备过程较为繁琐；（3）有些传感器响应时间较长，灵敏度降低；（4）还有些传感器在极限条件下不稳定，重现性低。基于此，本课题选择一种生物相容性好、膜可控性好、成膜性能强的吡咯作为分子印迹聚合物制备的功能单体，采用简便的电化学聚合技术，以期在温和条件下与碳纤维微电极构建可用于黄嘌呤准确、快速检测的分子印迹膜电化学微传感器。

1.2.3 分子印迹微传感器

目前印迹传感器用于疾病标志物的检测，目标是实现对目标物的现场快速检测，实时反应标志物的含量。但是这些标志物通常存在于人体内的局部区域，且基于分子印迹技术的分子印迹传感器具有高的选择性，但将聚合物膜沉积到电极表面后灵敏度降低，所以引入具有高灵敏度、极小表面积的微电极来提高其灵敏度和实际应用性。高灵敏度、极小表面积的微电极来提高其灵敏度和实际应用性。

1.2.3.1 微电极的特点及应用

微电极是指电极的一维尺寸为微米或纳米级的一类电极，当电极的一维尺寸从毫米级降至微米和纳米级时，表现出许多不同于常规电极的优良的电化学特性[56]。离线分析对于生物样品存在很大的缺陷，实现在体现场检测能够更准确反映代谢产物的信息，由于微电极具有非常小的电极尺寸(微米级) ,因此具有常规电极所没有的电极特性[57]：（1）双层电容小；（2）小的i/R降；（3）高传质速度；（4）高信噪比。可以实现痕量物质的快速灵敏检测[58]，同时，微电极小的尺寸确保在实验过程中不会改变或破坏被测物体，使微电极的应用范围更加广泛。

Tolosa V M [59]等将氧化铱膜沉积至铂微电极上，制备了一种附带参比电极的氧化铱微探针作为工作电极（on-probe RE），降低了在线检测的背景干扰，提高了检测限和信号的分辨率，可用于谷氨酸的在线无损检测。Kotanen C N [60]等将吡咯和葡糖糖氧化酶共聚合到沉积了水凝胶的铂微电极表面，制备了酶的安培传感器可用于葡萄糖的检测，该传感器响应时间快，灵敏度高。Tomkins M R [61]等将悬梁臂与微电极结合制备了一种生物传感器可用于灵敏检测病原体。Rataj K P [62]等采用毛细管微电池定量检测阳极氧的析出。Dengler A K [63]等采用碳纤维微电极，制备了可用于实时检测含量缓慢变化中的神经递质多巴胺的浓度的微传感器。以上采用微电极制备的传感器，通常具有不损坏样品，空间限制少，高时间分辨率等优点[64]，这些传感器灵敏度高，但是抗干扰能力有限，特别是用于干扰物质多的体内局部区域微量物质的检测。因此将抗干扰能力强，对目标物有专一识别性的分子印迹技术与灵敏度高，时间分辨率高，可用于分析物无损、实时检测的微电极结合起来，制备一种分子印迹微传感器可用于复杂测定环境下痕量物质的检测具有十分重要的价值。

1.2.3.2 分子印迹微传感器的研究现状

分子印迹微传感器微传感器兼具微电极响应时间快、检测无损和分子印迹技术选择性好的优点，得到了越来越多的关注。

Tsai T C [65]等利用分子印迹过氧化聚吡咯膜制备了一种可用于灵敏、选择性在线检测老鼠脑纹状体中多巴胺（DA）含量的电化学微传感器。该印迹传感器的吸附量是非印迹传感器的2.6倍，检测达4.5 nM。Gómez-Caballero A 实验小组长期致力于分子印迹微传感器的研制，先后制备了（1）基于电聚合苯胺和邻苯二胺分子印迹膜用于修饰碳纤维电极（CFME）的安培印迹微传感器，可用于选择性识别生物流体中的扑热息痛[66]、苯嗪草酮[67]以及杀虫剂4，6-二硝基-邻-甲酚[68]。（2）利用电化学聚合分子印迹聚[4（邻-氨基苯基）卟啉]膜制备了多巴胺的微传感器，可用于儿茶酚胺中多巴胺的选择性检测[69]。Huan S Y [70]等将分