電位誘導法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學傳感器

陳娟娟

樂山職業(yè)技術(shù)學院新能源工程系，四川樂山 614000

電位誘導法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學傳感器

陳娟娟

樂山職業(yè)技術(shù)學院新能源工程系，四川樂山 614000

采用電位誘導法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學傳感器，洗脫效果良好。

電位誘導法；殼聚糖；分子印跡；電化學傳感器

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，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pH上升至pKa以上時，氨基去質(zhì)子化，殼聚糖變?yōu)椴豢扇堋ぞ厶撬z可以通過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洗滌MIPs的洗脫方法往往過于激烈不適用于成品傳感器的洗脫再利用。本文使用電位誘導法洗脫制備洗脫方法柔和效果理想。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

CHI630A型電化學工作站 (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%) 購自德國Sigma Aldrich有限公司；敵百蟲(Trichlorfon， AR， 99%)、Ru(NH3)6Cl3 (Hexaammineruthenium(III) chloride，AR， 99%) 均購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的敵百蟲溶液，攪拌配制成含敵百蟲模版分子的質(zhì)子化殼聚糖電化學沉積液。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傳感器。在相同條件下，用不含敵百蟲的電化學沉積液制備非印跡電極，用作對照。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子印跡沉積層的形成

如下圖所示，電沉積過程中，隨著電沉積時間的增加，電極表面沉積層厚度增加，電極導電能力逐漸降低，電流響應受到抑制，i-t曲線呈逐步下降趨勢。圖1a為電極在含陰離子化的敵百蟲的殼聚糖溶液中以-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進行比較，有無模板分子存在，i～t曲線均光滑趨于平緩，無較大不同，因此可以推斷電沉積過程中，無電化學活性的敵百蟲分子結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，從而保證了印跡電極識別位點的均勻性。

圖1 電化學沉積i-t曲線

以循環(huán)伏安法(CV)對印跡傳感器進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張，至一定程度信號不再增大，200圈時已經(jīng)達到穩(wěn)定不再變化，且穩(wěn)定信號與裸電極相比明顯降低。表明電極表面形成了相對致密的Tri--CTS沉積層在電勢差的驅(qū)動下，探針分子逐步通過膜內(nèi)三維結(jié)構(gòu)形成的通道和識別孔穴到達玻碳電極表面，發(fā)生還原氧化。而層內(nèi)互補孔隙的數(shù)量是有限且一定的，故最終電流信號達到穩(wěn)定值。作為對照，沉積后電極不經(jīng)交聯(lián)直接進行循環(huán)伏安掃描，CV圖無逐步外擴的過程，且信號變化與裸電極相比信號變化不明顯，說明沉積后，經(jīng)過低濃度戊二醛溶液較短時間的固定化交聯(lián)，沉積中聚合物分子可能在玻碳電極表面發(fā)生了重組至一個有序網(wǎng)狀的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)的過程，使膜變得更加致密均勻，性能更好。

2.2 電位誘導洗脫模板分子

為了討論施加一定電位對模版分子的影響，本文測試了不同電位下，模版分子的洗脫狀況。實驗表明，負電壓不能將模板分子洗脫，可能是由于負電壓下引發(fā)形成的聚合物對負電位穩(wěn)定。正電位則可通過改變質(zhì)子化殼聚糖與陰離子化敵百蟲作用的微環(huán)境而降低兩者之間的結(jié)合力，迫使陰離子化的敵百蟲從大分子殼聚糖內(nèi)部離開。過低的正電位洗脫速度慢耗時長；過高電壓則會使聚合膜與玻碳電極之間的結(jié)合受到損壞而導致膜脫離電極表面。而實驗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，陰離子型的敵百蟲分子與水結(jié)合的驅(qū)動力顯著大于與質(zhì)子化的殼聚糖，Tri-溶入水中從而實現(xiàn)了敵百蟲模板分子的洗脫。殼聚糖基體中留下了陰離子化敵百蟲模板分子的孔穴。陰離子化敵百蟲響應后，識別位點被部分占據(jù)，氯化釕六胺絡合物的傳質(zhì)過程受到一定程度的阻礙，表現(xiàn)出氧化還原電流強度的相對減弱。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

結(jié)合電化學手段和分子印跡技術(shù)，制備了可用于敵百蟲檢測的分子印跡電化學傳感器。通過對電極沉積電位、沉積時間、交聯(lián)時間和洗脫方法等制備條件的考察，制備出的電化學傳感器對目標分子敵百蟲電化學響應較好。并通過對電極電化學響應的研究，初步探討了電極制備和響應機理。

[1] 蔣挺大.甲殼素[M].北京:化學工業(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，樂山職業(yè)技術(shù)學院助教，研究方向為環(huán)境與生物分析化學、化學化工科技英語。