標(biāo)記分子印記傳感器制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及具有對(duì)痕量農(nóng)藥殘留檢測(cè)的Eu3+標(biāo)記分子印記傳感器制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從社會(huì)發(fā)展角度來看，農(nóng)藥的產(chǎn)生及發(fā)展極大地推動(dòng)了人類社會(huì)前進(jìn)的步伐。然而，從環(huán)境保護(hù)和食品安全角度來看，農(nóng)藥具有高殘留和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，對(duì)人類健康產(chǎn)生不可小覷的危害，因此，近年來在對(duì)痕量農(nóng)藥的檢測(cè)和相關(guān)的傳感器的探索已經(jīng)引起了社會(huì)研究機(jī)構(gòu)廣泛的關(guān)注和富有成效的探索。痕量農(nóng)藥殘留(簡(jiǎn)稱農(nóng)殘)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)已經(jīng)通過氣相色譜原子發(fā)射、氣相色譜一質(zhì)譜(GC-MS法)和免疫分析技術(shù)等的方法被廣泛的應(yīng)用。這些傳統(tǒng)分析技術(shù)能夠滿足分析中的基本要求，如選擇性，可靠性，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，但是這些檢測(cè)方法無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)、快速、便捷的要求。綜上所述，有必要尋求一種能夠快速和便捷的檢測(cè)痕量農(nóng)藥殘留的方法。因此，為了解決農(nóng)殘檢測(cè)問題，迫切地需要探究化學(xué)傳感器能夠?qū)Νh(huán)境中農(nóng)藥殘留提供一種高選擇性、高靈敏、快速響應(yīng)和低成本原位檢測(cè)。
[0003]農(nóng)殘主要是指農(nóng)藥在使用一段時(shí)間后沒有被分解而殘留在生物體、土壤、水體以及大氣中的微量農(nóng)藥原體、有毒代謝物、降解物和雜質(zhì)的總稱。目前被使用的農(nóng)藥包括有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸脂類農(nóng)藥，其中有機(jī)磷和氨基甲酸脂類農(nóng)殘性質(zhì)不穩(wěn)定，易受外界環(huán)境影響分解，含有部分高毒和劇毒品種，施用過程中用于生長期較短、連續(xù)采收的蔬果時(shí)，很容易因農(nóng)殘過高而造成人類中毒。為了保護(hù)環(huán)境和人類身體健康，國家農(nóng)業(yè)部與國家衛(wèi)生計(jì)生委于2014年4月聯(lián)合發(fā)布食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中農(nóng)藥最大殘留限量》，將我國食品中農(nóng)藥最大殘留限量從現(xiàn)行的2293項(xiàng)增加到3650項(xiàng)。
[0004]分子印記技術(shù)是一項(xiàng)新興的分子識(shí)別技術(shù)，模板分子與功能單體通過一定的作用方式形成復(fù)合物，加入交聯(lián)劑、致孔劑等物質(zhì)后在復(fù)合物周圍發(fā)生聚合反應(yīng)，官能團(tuán)和空間結(jié)構(gòu)以互補(bǔ)的形式固定在聚合物中，以一定的手段去除印記分子后在聚合物中形成能特異識(shí)別、結(jié)合模板的空穴，從而得到對(duì)印記分子有特殊識(shí)別作用的分子印記聚合物(Molecularly Imprinted Polymers, MIPs)，而分子印記傳感器制備為農(nóng)殘檢測(cè)提供很多可能。因此，為了尋找更好的方法檢測(cè)出痕量農(nóng)殘，前人在農(nóng)殘檢測(cè)的分子印記傳感器制備方法及應(yīng)用等方面開展了大量研究。
[0005]分子印記技術(shù)的選擇性、富集性及靈敏性不斷引起眾多研究者的興趣和關(guān)注。Jones Robert L.等人公開了 “Molecularly imprinted polymers for detecting HIV-1(US20100297610)”發(fā)明專利，其專利提供了利用分子印記聚合物(MIPs)能夠綁定病毒分子，這種分子印記聚合物能檢測(cè)和識(shí)別特定的病毒分子。中國海洋大學(xué)劉嬌的碩士畢業(yè)論文(《分子印記聚合物特異性富集水體中有機(jī)磷農(nóng)藥的研究》)以甲基對(duì)硫磷(m e t h y Iparath1n, MP)為模板分子，以CHCl3S溶劑，以二甲基丙稀酸乙二醇酯(ethyleneglycoldimethacrylate,EGDMA)為交聯(lián)劑，分別合成以4_乙稀基卩比啶、甲基丙稀酸、丙稀酰胺為功能單體的3種分子印記聚合物，然后依次將它們作為固相萃取材料，通過紫外光譜、紅外光譜分析及Scachard分析等手段，研究了對(duì)海水中3種有機(jī)磷農(nóng)藥(甲基對(duì)硫磷、馬拉硫磷、毒死蜱)的富集分離效果。吉林大學(xué)白文在《分子印記技術(shù)在有機(jī)磷農(nóng)藥毒死蜂檢測(cè)中的應(yīng)用研究》中以毒死蜱為模板分子，以甲基丙烯酸為功能單體，以乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，以偶氮二異丁睛為引發(fā)劑，分別采用本體聚合法和沉淀聚合法制備毒死蜱分子印記微球，以PVC為粘合劑，利用印記微球制備毒死蜱分子印記敏感膜電極，構(gòu)建電化學(xué)傳感器，采用三電極體系，即膜修飾金電極作為工作電極，Ag/AgCl電極作為參比電極，鉑絲作為輔助電極，獲得模板分子進(jìn)入印記微球前后的信號(hào)變化。所制的傳感器對(duì)樂果、馬拉硫磷、甲拌磷、阿特拉津表現(xiàn)出較高的選擇性。中國科學(xué)院智能研究所關(guān)貴檢等人Chimica Acta,2^\\, 7似^ 239-246)在一定比例的十六烷三甲基溴化銨、吡咯、2，4_D的溶液中，加入經(jīng)預(yù)冷的過硫酸銨溶液之后，反應(yīng)4小時(shí)，制得分子印記聚合物。在經(jīng)一定處理的GC電極上，滴上一定濃度的分子印記聚合物，40°C下干燥12小時(shí)，從而形成薄膜，在磷酸鹽緩沖液、高純氮?dú)獗Ｗo(hù)，用此電極測(cè)定不同濃度的2，4-D的乙醇溶液的電流反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)成功地獲得絕緣的2，4-D的相關(guān)電信號(hào)。
[0006]已報(bào)道的關(guān)于分子印記在痕量農(nóng)藥殘留檢測(cè)方面的文章大多屬于電化學(xué)傳感器，雖在分離原理闡述、洗脫時(shí)間、溶劑的選擇等方面有詳盡的解說，但未見靈敏度、目標(biāo)分子進(jìn)入識(shí)別位點(diǎn)后敏感的光學(xué)信號(hào)輸出等方面研究，以及傳統(tǒng)分子印記材料識(shí)別位點(diǎn)數(shù)量少，與目標(biāo)分子結(jié)合量少，且因電化學(xué)傳感器本身固有的參比電極、穩(wěn)定電流的獲得、靈敏度等方面弊端，導(dǎo)致這些研究無法在實(shí)際中取得廣泛的應(yīng)用。
[0007]雖然分子印記技術(shù)具有選擇性，但是目標(biāo)分子選擇性的進(jìn)入識(shí)別位點(diǎn)，缺乏信號(hào)輸出。在敏感信號(hào)輸出方面，識(shí)別位點(diǎn)被焚光標(biāo)記的印記分子是對(duì)目標(biāo)分析物的高靈敏響應(yīng)理想材料。在各種信號(hào)傳感器中，基于熒光淬滅或熒光增強(qiáng)機(jī)理的光學(xué)可尋址傳感器已經(jīng)被證明是研究者在許多挑戰(zhàn)的環(huán)境中所期盼對(duì)各種小分子目標(biāo)分析物檢測(cè)的方法。由于該檢測(cè)方法的高敏感信號(hào)輸出和可靠的檢測(cè)結(jié)果，利用熒光增強(qiáng)機(jī)理的化學(xué)傳感器對(duì)農(nóng)藥殘留用熒光方法檢測(cè)是極其有利的。擁有芳環(huán)結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥，有離域的鍵，屬于弱的共軛體系。當(dāng)農(nóng)藥分子進(jìn)入聚合物與在識(shí)別位點(diǎn)與聚合物中的官能基團(tuán)發(fā)生螯合后，聚合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，共軛性、剛性提高，聚合物的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，從而可以對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行檢測(cè)。此外，稀土金屬離子螯合目標(biāo)分析物，其稀土螯合物熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，通過結(jié)合目標(biāo)分析物后熒光強(qiáng)度的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子痕量檢測(cè)。熒光淬滅是基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移的機(jī)理，當(dāng)目標(biāo)分析物通過非共價(jià)或共價(jià)鍵形式結(jié)合在識(shí)別位點(diǎn)，修飾在印記識(shí)別位點(diǎn)上富電子的焚光分子，在空間上與缺電子的目標(biāo)分析物相互接近，發(fā)生能量共振轉(zhuǎn)移，使得焚光分子的熒光強(qiáng)度下降，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分析物的痕量檢測(cè)。
[0008]上述的光化學(xué)傳感器在化學(xué)傳感器家族中具有許多特殊的優(yōu)點(diǎn):易于加工成小巧、輕便和空間適應(yīng)性好的探頭；具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力；所涉及的許多光學(xué)信號(hào)測(cè)量可以通過自身參比方式獲得，毋需如電化學(xué)傳感器中需要另外的參比裝置。在光化學(xué)傳感器的研究中，雖然可以檢測(cè)的信號(hào)有吸收、反射、熒光或化學(xué)發(fā)光、散射、折射和偏振光等光學(xué)性質(zhì)，但比較常見的是吸收和熒光。吸收與熒光相比較，其靈敏度較低，選擇性也較差，因而在各種各樣的光化學(xué)傳感器中，熒光化學(xué)傳感器占絕大多數(shù)。熒光化學(xué)傳感器是依靠熒光信號(hào)為檢測(cè)手段，通常有熒光的增強(qiáng)、猝滅或者發(fā)射波長的移動(dòng)，具有方便快捷、較高的靈敏度與選擇性、可以利用光纖技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，已成為光化學(xué)傳感器技術(shù)研究者們備感興趣的研究領(lǐng)域。
[0009]于此同時(shí)，我們關(guān)注到稀土金屬離子作為一種有用的發(fā)光中心，在無機(jī)及有機(jī)發(fā)光材料中已有廣泛應(yīng)用。眾所周知，聚合物在稀土熒光絡(luò)合物向材料的轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮著重要作用。含有發(fā)光稀土離子聚合物兼具稀土離子的發(fā)光性能和聚合物易加工的特點(diǎn)，潛在著廣闊的應(yīng)用前景。稀土離子與高分子鏈上含有羥基、磺酸基或者其他配體的高分子化合物反應(yīng)得到稀土高分子絡(luò)合物已有報(bào)道。
[0010]浙江大學(xué)國家重點(diǎn)化工實(shí)驗(yàn)室徐存進(jìn)課題組合成了含有Eu3+離子的噻吩甲酰三氟丙酮5-丙烯酰胺基-1，10-鄰菲羅啉螯合物，樣品在常溫、紫外光下發(fā)出強(qiáng)的紅光，主要是Eu3+離子的f5D。一 7F2的躍迀，并通過分析此螯合物的紫外光譜、發(fā)光壽命、量子產(chǎn)率得出稀土元素銪適合用作理想的信號(hào)傳導(dǎo)材料(Acta Part 2011, 82,159 - 163)。
[0011]1999年，Amanda L.Jenkins等人以檢測(cè)水中非水解的有機(jī)磷農(nóng)藥分子為目標(biāo)，以苯甲酸乙烯為交聯(lián)分子，以苯甲酸乙烯為功能單體，在pH = 9~10的環(huán)境下，合成印記聚合物。Eu3+離子作為信號(hào)傳導(dǎo)元素被引入聚合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了 Eu3+離子的加入不僅可以使光學(xué)信號(hào)更易傳導(dǎo)，而且使得農(nóng)藥與印記空穴的結(jié)合更穩(wěn)定，從而更能發(fā)揮分子印記技術(shù)選擇性、富集性及靈敏性的優(yōu)點(diǎn)(如<3辦如，2001，126, 798 - 802)。2014年，代昭等人公開了“一種核殼型稀土離子印記聚合物微球(CN201410775896.0)”的發(fā)明專利，報(bào)道了以二乙稀基苯通過沉淀聚合制備聚二乙稀基苯(poly divinyl benzene，F(xiàn)1DVB)微球，在紫外輻照下引發(fā)功能性單體在I3DVB微球表面接枝聚合，得到一種核殼型的稀土離子印記聚合物微球的方法。鄭旭東等人報(bào)道了 “一種熒光離子印記探針的制備方法”及應(yīng)用方面的專利(CN201410565890.0)，主要介紹一種用于檢測(cè)水中痕量的Cu2+離子的熒光印記探針的制備方法，用稀土銪離子配合物作為發(fā)光基團(tuán)，Cu2+離子作為模板分子，甲基丙稀酸(methacrylic acid，MAA)為功能單體，二甲基丙稀酸乙二醇酯(ethyleneglycoldimethacrylate, EGDMA)為交聯(lián)劑，偶氮二異丁臆(2，2-azobisisobutyr