電位誘導(dǎo)法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學(xué)傳感器

陳娟娟

樂(lè)山職業(yè)技術(shù)學(xué)院新能源工程系，四川樂(lè)山 614000

電位誘導(dǎo)法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學(xué)傳感器

陳娟娟

樂(lè)山職業(yè)技術(shù)學(xué)院新能源工程系，四川樂(lè)山 614000

采用電位誘導(dǎo)法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學(xué)傳感器，洗脫效果良好。

電位誘導(dǎo)法；殼聚糖；分子印跡；電化學(xué)傳感器

殼聚糖(Chitosan， CTS)是地球上僅次于植物纖維的第二大物資源。其分子中含有大量氨基，pKa為6.3[1，2]。在pH低于pKa時(shí)，大部分氨基被質(zhì)子化，使殼聚糖成為一種水溶性的聚電解質(zhì)。當(dāng)pH上升至pKa以上時(shí)，氨基去質(zhì)子化，殼聚糖變?yōu)椴豢扇堋ぞ厶撬z可以通過(guò)H2O的電還原消耗質(zhì)子沉積到電極表面，與電極緊密結(jié)合并保持原有的性質(zhì)。Luo等[3]在此基礎(chǔ)上研制了一系列基于電沉積殼聚糖膜的生物傳感器。傳統(tǒng)采用乙腈、水等高極性溶劑反復(fù)洗滌MIPs的洗脫方法往往過(guò)于激烈不適用于成品傳感器的洗脫再利用。本文使用電位誘導(dǎo)法洗脫制備洗脫方法柔和效果理想。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

CHI630A型電化學(xué)工作站 (上海辰華儀器有限公司)；三電極系統(tǒng):分子印跡膜/玻碳電極為工作電極，鉑絲電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極；S-3500N掃描電子顯微鏡 (日本Hitachi公司)。殼聚糖 (脫乙酰度≥90%) 購(gòu)自德國(guó)Sigma Aldrich有限公司；敵百蟲(chóng)(Trichlorfon， AR， 99%)、Ru(NH3)6Cl3 (Hexaammineruthenium(III) chloride，AR， 99%) 均購(gòu)自北京迪科馬科技有限公司。1.7mmol/L Ru(NH3)6Cl3的0.1mol/ LKCl溶液為背景溶液。

1.2 殼聚糖分子印跡電化學(xué)傳感器的制備

取一定量殼聚糖固體于稀鹽酸溶液中超聲30min溶解，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH后，逐滴加入已在飽和KCl溶液中陰離子化16h的敵百蟲(chóng)溶液，攪拌配制成含敵百蟲(chóng)模版分子的質(zhì)子化殼聚糖電化學(xué)沉積液。將三電極系統(tǒng)移入上述溶液中，在-1.4V(vs.SCE，下同)下恒電位沉積2min，用水淋洗，再將電極浸于2.5%戊二醛溶液中，20min后取出，用水迅速淋洗。此電極于0.01mol/L KCl溶液中施加+0.7V電位處理三次，每次3min，以除去模板分子，則制備成殼聚糖分子印跡電化學(xué)傳感器。在相同條件下，用不含敵百蟲(chóng)的電化學(xué)沉積液制備非印跡電極，用作對(duì)照。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子印跡沉積層的形成

如下圖所示，電沉積過(guò)程中，隨著電沉積時(shí)間的增加，電極表面沉積層厚度增加，電極導(dǎo)電能力逐漸降低，電流響應(yīng)受到抑制，i-t曲線呈逐步下降趨勢(shì)。圖1a為電極在含陰離子化的敵百蟲(chóng)的殼聚糖溶液中以-1.4V恒電位沉積2min的i-t曲線，圖1b為不含模板分子的i～t曲線。a和b進(jìn)行比較，有無(wú)模板分子存在，i～t曲線均光滑趨于平緩，無(wú)較大不同，因此可以推斷電沉積過(guò)程中，無(wú)電化學(xué)活性的敵百蟲(chóng)分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生改變，從而保證了印跡電極識(shí)別位點(diǎn)的均勻性。

圖1 電化學(xué)沉積i-t曲線

以循環(huán)伏安法(CV)對(duì)印跡傳感器進(jìn)行表征以考察沉積層的結(jié)構(gòu)，結(jié)果隨著掃描圈數(shù)的增大，循環(huán)伏安曲線逐漸向外擴(kuò)張，至一定程度信號(hào)不再增大，200圈時(shí)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定不再變化，且穩(wěn)定信號(hào)與裸電極相比明顯降低。表明電極表面形成了相對(duì)致密的Tri--CTS沉積層在電勢(shì)差的驅(qū)動(dòng)下，探針?lè)肿又鸩酵ㄟ^(guò)膜內(nèi)三維結(jié)構(gòu)形成的通道和識(shí)別孔穴到達(dá)玻碳電極表面，發(fā)生還原氧化。而層內(nèi)互補(bǔ)孔隙的數(shù)量是有限且一定的，故最終電流信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定值。作為對(duì)照，沉積后電極不經(jīng)交聯(lián)直接進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，CV圖無(wú)逐步外擴(kuò)的過(guò)程，且信號(hào)變化與裸電極相比信號(hào)變化不明顯，說(shuō)明沉積后，經(jīng)過(guò)低濃度戊二醛溶液較短時(shí)間的固定化交聯(lián)，沉積中聚合物分子可能在玻碳電極表面發(fā)生了重組至一個(gè)有序網(wǎng)狀的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)的過(guò)程，使膜變得更加致密均勻，性能更好。

2.2 電位誘導(dǎo)洗脫模板分子

為了討論施加一定電位對(duì)模版分子的影響，本文測(cè)試了不同電位下，模版分子的洗脫狀況。實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)電壓不能將模板分子洗脫，可能是由于負(fù)電壓下引發(fā)形成的聚合物對(duì)負(fù)電位穩(wěn)定。正電位則可通過(guò)改變質(zhì)子化殼聚糖與陰離子化敵百蟲(chóng)作用的微環(huán)境而降低兩者之間的結(jié)合力，迫使陰離子化的敵百蟲(chóng)從大分子殼聚糖內(nèi)部離開(kāi)。過(guò)低的正電位洗脫速度慢耗時(shí)長(zhǎng)；過(guò)高電壓則會(huì)使聚合膜與玻碳電極之間的結(jié)合受到損壞而導(dǎo)致膜脫離電極表面。而實(shí)驗(yàn)中于工作電極上施加+0.7V電壓，以洗脫模板分子效果最佳。結(jié)果表明處理3次每次3min后，CV圖基本不再變化，模板分子已基本洗脫完全。這可能是由于一定時(shí)間內(nèi)+0.7V電壓不足以破壞殼聚糖膜與玻碳電極之間結(jié)合性能的，膜的性質(zhì)不改變。改變印跡分子與基體之間的作用力后，陰離子型的敵百蟲(chóng)分子與水結(jié)合的驅(qū)動(dòng)力顯著大于與質(zhì)子化的殼聚糖，Tri-溶入水中從而實(shí)現(xiàn)了敵百蟲(chóng)模板分子的洗脫。殼聚糖基體中留下了陰離子化敵百蟲(chóng)模板分子的孔穴。陰離子化敵百蟲(chóng)響應(yīng)后，識(shí)別位點(diǎn)被部分占據(jù)，氯化釕六胺絡(luò)合物的傳質(zhì)過(guò)程受到一定程度的阻礙，表現(xiàn)出氧化還原電流強(qiáng)度的相對(duì)減弱。各電極的表面狀態(tài)可如圖2SEM圖表征，交聯(lián)并洗脫后電極表面較之于直接晾干或者交聯(lián)未洗脫的的SEM 圖疏松。

圖2 SEM 圖

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合電化學(xué)手段和分子印跡技術(shù)，制備了可用于敵百蟲(chóng)檢測(cè)的分子印跡電化學(xué)傳感器。通過(guò)對(duì)電極沉積電位、沉積時(shí)間、交聯(lián)時(shí)間和洗脫方法等制備條件的考察，制備出的電化學(xué)傳感器對(duì)目標(biāo)分子敵百蟲(chóng)電化學(xué)響應(yīng)較好。并通過(guò)對(duì)電極電化學(xué)響應(yīng)的研究，初步探討了電極制備和響應(yīng)機(jī)理。

[1] 蔣挺大.甲殼素[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003:168-194

[2] P.Sorlier, A.Denuziere, C.Viton, A.Domard.Relation between the Dearee of Acetylation and the Electrostatic Properties of Chitin and Chitosan[J].Biomacromolecules, 2001, 2:765-772

[8] X.Luo, J.Xu, Y.Du, H.Chen.A glucose biosensor base on chitosan-glucose oxidase-gold naonoparticales biocomposite formed by one-step electrodeposition[J].Analytical Biochemistry, 2004, 334:284-289

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.13.014

陳娟娟（1986-），女，安徽安慶人，樂(lè)山職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向?yàn)榄h(huán)境與生物分析化學(xué)、化學(xué)化工科技英語(yǔ)。