碳納米顆粒增敏的分子印跡電化學(xué)傳感器檢測(cè)阿奇霉素的研究

馮旭　郭航雨　覃丹鳳　李利軍

摘 要：以磺化瀝青（sulfonsted bitumen， SP）作為碳源，通過(guò)純化和高溫碳化法制備碳納米顆粒（carbon nanoparticles， CNPs），將CNPs分散在殼聚糖（chitosan， CS）溶液中，并用滴涂法修飾在金電極（Au）上來(lái)得到CNPs-CS/Au。以阿奇霉素（azithromycin， AZM）為模板分子、多巴胺（dopamine， DA）為功能單體，利用電聚合法在CNPs-CS/Au電極上制備了AZM分子印跡薄膜，構(gòu)建了高靈敏度且專(zhuān)一性識(shí)別AZM分子的電化學(xué)傳感器（MIP/CNPs-CS/Au）。分別采用掃描電鏡（scanning electron microscope， SEM）、X-射線衍射（X-ray diffraction， XRD）、X-射線光電子能譜（X-ray photoelectron energy spectroscopy， XPS）、循環(huán)伏安法（cyclic voltammetry， CV）、電化學(xué)阻抗法（electrochemical impedance method， EIS）和差示脈沖陽(yáng)極溶出伏安法（differential pulse anode dissolution voltammotry， DPASV）對(duì)MIP/CNPs-CS/Au進(jìn)行表征。結(jié)果表明，該傳感器的電流值（Ipa）與AZM濃度（C）分別在0.005～＜5.000 μmol/L和5.000～30.000 μmol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限（limit of detection， LOD）較低（3.89 nmol/L，S/N=3）。該傳感器可用于實(shí)際樣品中AZM的檢測(cè)，加標(biāo)回收率為97.10%～103.96%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation， RSD）為1.10%～2.07%。

關(guān)鍵詞：碳納米顆粒；分子印跡聚合物；電化學(xué)傳感器；阿奇霉素

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2024.02.011

0 引言

阿奇霉素（azithromycin， AZM）屬于大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素[1]，它能結(jié)合某些病原菌的核糖體，終結(jié)細(xì)菌的生命活動(dòng)。因此，臨床上AZM常用于治療由某些病原菌所導(dǎo)致的皮膚、呼吸道、消化道和軟組織感染等疾病[2]。但AZM會(huì)通過(guò)某些行業(yè)廢水排放到環(huán)境中，進(jìn)而進(jìn)入人體，引發(fā)人體的不良反應(yīng)[3]，因此，對(duì)AZM進(jìn)行監(jiān)測(cè)十分重要。目前已報(bào)道了多種AZM的檢測(cè)方法，如高效液相色譜法[4]、分光光度法[5]和拉曼光譜法[6]等，這些方法雖然準(zhǔn)確性好，但存在儀器貴重、操作復(fù)雜、靈敏度低等不足[7]。而電化學(xué)分析法具有設(shè)備便宜、操作簡(jiǎn)單、靈敏、快速和適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)[8]。目前，有關(guān)AZM的電化學(xué)檢測(cè)方法已有不少報(bào)道[9]，但靈敏度和選擇性較少。

分子印跡聚合物（molecularly imprinted polymer， MIP）不僅可識(shí)別目標(biāo)分子的官能團(tuán)種類(lèi)，還能識(shí)別目標(biāo)分子的形狀和大小，從而實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)分子的特異性結(jié)合[10]。因此，MIP對(duì)目標(biāo)分子具有高度的選擇性，引入MIP是提高電化學(xué)傳感器選擇性的重要策略之一。MIP的制備方法包括沉淀聚合法[11]、原位聚合法[12]和電化學(xué)聚合法[13]等。其中電化學(xué)聚合法相對(duì)簡(jiǎn)單，其通過(guò)調(diào)節(jié)某些電化學(xué)參數(shù)以及功能單體的濃度來(lái)控制MIP的厚度和均勻度[14]。目前，有關(guān)AZM的分子印跡電化學(xué)傳感器鮮有報(bào)道。Rebelo等[15]研制了一種以AZM為模板分子、4-氨基苯甲酸為單體，在絲網(wǎng)印刷碳電極上通過(guò)循環(huán)伏安法制備AZM的分子印跡電化學(xué)傳感器，其線性范圍為0.5～10.0 μmol/L，檢測(cè)限（limit of detection， LOD）為0.08 μmol/L（S/N = 3），并用于水樣中AZM的檢測(cè)。馮雅倩[16]研制了一種以AZM為模板分子、甲基丙烯酸為單體的分子印跡電化學(xué)傳感器，其線性范圍為0.1～20.0 μmol/L，檢測(cè)限為0.011 μmol/L（S/N = 3），并用于藥物、血樣、尿樣中AZM的檢測(cè)。

多巴胺（dopamine， DA）是一種茶酚類(lèi)物質(zhì)，其聚合反應(yīng)簡(jiǎn)單、條件溫和，具有普適性[17]。聚多巴胺表面存在大量的鄰苯二酚、氨基等官能團(tuán)[18]，方便進(jìn)一步修飾。DA容易進(jìn)行電化學(xué)聚合且與電極表面的黏附力強(qiáng)，已應(yīng)用于電化學(xué)傳感器的制備[19]。為提高電化學(xué)傳感器的導(dǎo)電性和靈敏度，通常在電極上修飾碳基納米材料?；腔癁r青（sulfonsted bitumen， SP）是瀝青的磺化產(chǎn)物[20]，易溶于水、來(lái)源廣泛、廉價(jià)易得。由SP制得的碳納米顆粒（carbon nanoparticles， CNPs）可實(shí)現(xiàn)緊密堆積，具有各向同性，利于分子或離子從各個(gè)方向嵌入和脫出[21]，且利用磺化瀝青制備的碳納米顆粒，與其他碳基納米材料一樣具有比表面積大、導(dǎo)電性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，用于修飾電極，且對(duì)電信號(hào)具有較強(qiáng)的增敏作用[22]。目前，SP作為碳源制得的CNPs已有報(bào)道，并應(yīng)用于電容器和儲(chǔ)能電池的電極材料中[23]，但在電化學(xué)傳感器的制備方面尚未見(jiàn)報(bào)道。殼聚糖（chitosan， CS）屬于堿性多糖，綠色無(wú)毒、價(jià)格低廉、具有良好的導(dǎo)電性、黏附性、成膜性和生物相容性[24]。CS分子鏈上分布著大量的氨基和羥基，可與許多金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物[25]，利于在Au電極表面形成緊密結(jié)合的薄膜。

本文以SP為碳源制備了CNPs，將CNPs分散在殼聚糖（CS）溶液中，并用滴涂法修飾在Au電極上，得到CNPs-CS/Au；然后以AZM為模板分子、DA為單體，通過(guò)CV法在CNPs-CS/Au上電聚合生成AZM印跡聚合物，洗脫AZM后得到對(duì)AZM具有特異性識(shí)別的電化學(xué)傳感器（MIP/CNPs-CS/Au）。該傳感器具有制備簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速、靈敏度和選擇性高等優(yōu)點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于實(shí)際尿樣中AZM的檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

SP購(gòu)自河南元春化工有限公司。DA（98%）購(gòu)自安徽澤升科技有限公司。AZM標(biāo)準(zhǔn)品（98%）和氯霉素購(gòu)自上海安譜公司。CS購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。L（+）-抗壞血酸（C6H8O6）、磷酸二氫鉀（KH2PO4）和硫酸鈉（Na2SO4）購(gòu)自廣東光華科技股份有限公司。甲醇（CH4O）、乙酸（C2H4O2）、磷酸氫二鉀（K2HPO4·3H2O）、亞鐵氰化鉀（K4Fe（CN）6·3H2O）、氫氧化鉀（KOH）和葡萄糖（C6H12O6）均購(gòu)自西隴化工股份有限公司。鐵氰化鉀（K3Fe（CN）6）和氯化鉀（KCl）購(gòu)自成都市科隆化學(xué)品有限公司。檸檬酸（C6H8O7）購(gòu)自天津永大化學(xué)試劑有限公司。所有試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)室用水均為超純水。

XRD分析儀（Bruker D8）購(gòu)自長(zhǎng)沙艾克賽普儀器設(shè)備有限公司；FEI Nova Nano型超高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡購(gòu)自FEI公司；Thermo escalab 250Xi型光譜儀購(gòu)自上海非利加實(shí)業(yè)有限公司；SK-G081236-3-655型真空/氣氛管式電爐購(gòu)自天津中環(huán)電爐股份有限公司；RST5000電化學(xué)工作站購(gòu)自蘇州瑞思泰電子有限公司。

1.2 MIP/CNPs-CS/Au的制備

1.2.1 CNPs的制備

將SP放入超純水中，在90 ℃下加熱回流4 h，然后離心去除雜質(zhì)并在80 ℃下干燥12 h。將干燥好的SP放入惰性氣氛管式爐中，在800 ℃下灼燒2 h，其中升溫速率為5 ℃/min。待管式爐冷卻至室溫后，即可制備成CNPs[26]。將CNPs研磨至100目（0.15 mm）備用。

1.2.2 CNPs-CS/Au的制備

CS分散液的配制：將20 mg CS溶于1.0 mL乙酸，用超純水定容至10.0 mL。

分別用0.30、0.05 μm氧化鋁粉漿將Au電極打磨拋光至鏡面，再依次在無(wú)水乙醇和超純水中超聲洗凈，然后用N2氣流吹干備用。將25 mg CNPs加入到1.0 mL CS分散液中，超聲30 min得到均勻的CNPs懸浮液，取5 μL滴涂到電極表面，在白熾燈下干燥30 min，得到修飾電極（CNPs-CS/Au）。

1.2.3 MIP/CNPs-CS/Au的制備

將CNPs-CS/Au放入含80.0 μmol/L AZM和1.0 g/L DA的PBS緩沖溶液（0.1 mol/L，pH=7.0）中，電聚合制備AZM的MIP/CNPs-CS/Au（圖1）。電聚合方法為CV法，在-0.5～0.5 V范圍循環(huán)掃描10圈，掃描速率為100 mV/s。將未洗脫AZM模板分子的修飾電極（AZM-MIP/CNPs-CS/Au）用水沖洗并自然晾干后，放入甲醇與乙酸體積比為9∶1的洗脫液中浸泡15 min，洗脫AZM模板分子，得到具有AZM孔穴的MIP/CNPs-CS/Au。在電聚合MIP膜過(guò)程中不加入AZM，其他實(shí)驗(yàn)條件同上，制備非分子印跡電化學(xué)傳感器（NIP/CNPs-CS/Au）。

1.3 電化學(xué)檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)采用三電極系統(tǒng)，其中，飽和Ag/AgCl電極為參比電極，Pt絲電極為對(duì)電極，Au電極或修飾的Au電極為工作電極。電化學(xué)測(cè)試在0.1 mol/L PBS溶液中進(jìn)行，以5.0 mmol/L的Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]作探針，分別用循環(huán)伏安法（cyclic voltammetry， CV）、電化學(xué)阻抗法（electrochemical impedance method， EIS）和差示脈沖陽(yáng)極溶出伏安法（differential pulse anode dissolution voltammotry， DPASV）對(duì)MIP/CNPs-CS/Au進(jìn)行電化學(xué)表征。CV測(cè)試的電位掃描范圍為-0.2～0.6 V，掃描速率為100 mV/s；EIS測(cè)試的交變電壓為7 mV，頻率范圍為1～139 000 Hz；用DPASV法在含有5.0 mmol/L Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的0.1 mol/L?PBS溶液中進(jìn)行電化學(xué)信號(hào)測(cè)試，掃描的電位范圍為-0.2～0.6 V，振幅為0.05 V。

2 結(jié)果與討論

2.1 SP和CNPs表征

對(duì)SP和CNPs的形貌和結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行掃描電鏡（scanning electron microscope， SEM）表征（圖2）。如圖2（a）所示，SP表面呈現(xiàn)較光滑的片層狀結(jié)構(gòu)；圖2（b）為CNPs的SEM圖，由SP衍生的CNPs呈致密堆積的顆粒狀結(jié)構(gòu)[27]，與文獻(xiàn)[26]報(bào)道的結(jié)果一致。

對(duì)SP和CNPs材料分別進(jìn)行X射線衍射（X-ray diffraction， XRD）、Raman表征（圖3）。從圖3（a）可以看出，SP在2θ為26.64°和29.42°處有2個(gè)衍射峰。熱碳化后，SP的衍射峰消失，在25.12°和34.72°處出現(xiàn)了強(qiáng)度很弱的寬峰，表明CNPs有一定程度的石墨化[28]。

從圖3（b）可以看出，SP在1 572 cm-1處出現(xiàn)G峰，在1 326 cm-1處出現(xiàn)D峰，R=ID/IG=0.85；CNPs在1 591 cm-1處出現(xiàn)G峰，在1 345 cm-1處出現(xiàn)D峰，R=ID/IG=0.75。通過(guò)對(duì)比SP和CNPs的R值，表明CNPs的有序程度增大[29]。

對(duì)CNPs進(jìn)行（X-ray photoelectron energy spectroscopy， XPS）表征，其全譜掃描如圖4所示，在285.08 eV處存在C 1s的特征峰；在532.08 eV處存在O 1s特征峰；在153.08 eV處存在S 2p特征峰（圖4（a））。在C 1s譜中，C—S、C—C、C—O和CO鍵所對(duì)應(yīng)的結(jié)合能分別是284.23、284.98、285.73和287.53 eV（圖4（b））。在O 1s譜中，CO、O—S和C—O鍵所對(duì)應(yīng)的結(jié)合能分別是531.88、533.18和533.88 eV（圖4（c））。在S 2p譜中，C—SOx鍵為碳與硫氧化物的共價(jià)鍵，所對(duì)應(yīng)的結(jié)合能是169.48 eV[27]（圖4（d））。

2.2 MIP/CNPs-CS/Au的電化學(xué)表征

對(duì)MIP/CNPs-CS/Au進(jìn)行CV、DPASV、ESI等表征，結(jié)果如圖5所示。

2.2.1 CV表征

以Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]作為探針，用CV法對(duì)不同修飾電極進(jìn)行電化學(xué)表征，結(jié)果如圖5（a）所示。曲線a表示Au電極在Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]溶液中的氧化還原峰。Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在CNPs-CS/Au上的氧化還原峰明顯增大，這歸因于CNPs具有較大的比表面積（曲線b）。殼聚糖修飾金電極（CS/Au）的氧化還原峰（曲線c）比CNPs-CS/Au的氧化還原峰小，說(shuō)明CNPs加快了電子的轉(zhuǎn)移。由于在CNPs-CS/Au電極表面形成了一層致密的MIP膜，導(dǎo)致Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在AZM-MIP/CNPs-CS/Au電極上的氧化還原峰變?。ㄇ€d）。當(dāng)AZM-MIP膜上的AZM被洗脫后，留下與AZM相匹配的印跡孔穴，為Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]提供了傳遞通道，使得Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在MIP/CNPs-CS/Au上的氧化還原峰明顯增大（曲線e）。MIP/CNPs-CS/Au電極重新吸附AZM后，導(dǎo)致傳遞通道堵塞，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在R-MIP/CNPs-CS/Au上的氧化還原峰減?。ㄇ€f）。由于NIP沒(méi)有印跡孔穴，因此，在洗脫前的NIP/CNPs-CS/Au和洗脫后的E-NIP/CNPs-CS/Au上Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的氧化還原峰無(wú)明顯變化（曲線g和曲線h）。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MIP膜制備成功，該MIP電化學(xué)傳感器對(duì)AZM具有特異性識(shí)別能力，可顯著提高傳感器的選擇性。

2.2.2 DPASV表征

在Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]溶液中，采用DPASV法考察了修飾電極的電化學(xué)行為，結(jié)果如圖5（b）所示。曲線a表示Au電極在Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]溶液中的DPASV曲線。由于CNPs具有較大的比表面積和導(dǎo)電性，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在CNPs-CS/Au上溶出峰明顯增大（曲線b）。殼聚糖修飾金電極（CS/Au）的溶出峰（曲線c）比CNPs-CS/Au的溶出峰小，說(shuō)明CNPs加快了電子的轉(zhuǎn)移。由于在CNPs-CS/Au電極表面形成了一層致密的MIP膜，導(dǎo)致Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在AZM-MIP/CNPs-CS/Au上的溶出峰變小（曲線d）。MIP/CNPs-CS/Au存在目標(biāo)分子的印跡孔穴，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]易通過(guò)印跡孔穴被吸附到電極表面，因此，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的溶出峰明顯增大（曲線e）。MIP/CNPs-CS/Au重吸附AZM后，導(dǎo)致Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]傳遞通道堵塞，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在R-MIP/CNPs-CS/Au上的溶出峰減?。ㄇ€f）。由于NIP沒(méi)有印跡孔穴，在洗脫前的NIP/CNPs-CS/Au和洗脫后的E-NIP/CNPs-CS/Au上Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的溶出峰無(wú)明顯變化（曲線g、h）。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該MIP電化學(xué)傳感器對(duì)AZM具有特異性識(shí)別能力，利于提高檢測(cè)選擇性。

2.2.3 EIS表征

采用EIS表征不同修飾電極的阻抗變化，結(jié)果如圖5（c）所示。曲線a表示Au電極的阻抗曲線。CNPs-CS/Au的阻抗圖中半圓直徑減小，說(shuō)明阻抗變小（曲線b）。殼聚糖修飾金電極（CS/Au）在阻抗圖中半圓直徑（曲線c）大于CNPs-CS/Au的半圓直徑，說(shuō)明CNPs加快了電子的轉(zhuǎn)移。由于AZM-MIP膜致密，不利于Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]探針的傳遞，因此，AZM-MIP/CNPs-CS/Au的阻抗圖中半圓直徑變大，阻抗增大（曲線d）。在模板分子AZM被洗脫后，印跡膜上出現(xiàn)印跡孔穴，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]探針可被吸附到達(dá)MIP/CNPs-CS/Au表面，因此，阻抗圖中半圓直徑變小，阻抗減小（曲線e）。MIP/CNPs-CS/Au重吸附AZM后，導(dǎo)致Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]傳遞通道堵塞，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]探針的傳遞通道減少，電極R-MIP/CNPs-CS/Au表面阻抗增大（曲線f）。由于NIP不含印跡孔穴，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]不能被吸附到電極表面，NIP/CNPs-CS/Au的阻抗圖中半圓直徑較大，阻抗增大（曲線g），且與洗脫后E-NIP/CNPs-CS/Au的阻抗圖中半圓直徑相似（曲線h）。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該MIP電化學(xué)傳感器對(duì)AZM具有特異性識(shí)別能力，利于提高傳感器的選擇性。

以上CV、DPASV和EIS表征結(jié)果證明已成功制備具有AZM印記孔穴的MIP/CNPs-CS/Au電化學(xué)傳感器。

2.2.4 掃描速率

為闡明AZM在MIP/CNPs-CS/Au表面的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在含5.0 mmol/L Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的PBS中，用CV法考察掃描速率（v）對(duì)氧化還原峰電流的影響，如圖5（d）所示。當(dāng)v從20 mV/s增大到200 mV/s時(shí)，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的氧化峰電流（Ipa）和還原峰電流（Ipc）也隨之同步增加，Ipa和Ipc與v之間的線性回歸方程分別為Ipa=0.33v+2.63（R2=0.99），Ipc=-0.49v-1.75（R2=0.99）?？梢?jiàn)，Ipa和Ipc分別與v之間呈良好的線性關(guān)系，表明Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]在MIP/CNPs-CS/Au上的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程受吸附控制[29]。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

在含有5.0 mmol/L Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]探針的10.0 mL PBS （0.1 mol/L）溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化（n=3）。

將CNPs滴涂至Au表面，滴涂量固定為5 μL，滴涂的質(zhì)量濃度范圍在15～35 mg/mL內(nèi)，當(dāng)CNPs的質(zhì)量濃度從15 mg/mL增加至25 mg/mL時(shí)，溶出峰持續(xù)增加，在25 mg/mL時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)?shù)瓮苛砍^(guò)25 mg/mL時(shí)，溶出峰開(kāi)始逐漸減小，這是由于CNPs修飾層厚度較大，電極導(dǎo)電性變差，導(dǎo)致溶出峰減小。因此，選擇CNPs的最佳滴涂質(zhì)量濃度為25 mg/mL。

在0.6～1.4 mg/mL范圍內(nèi)，當(dāng)DA質(zhì)量濃度從0.6 mg/mL增加至1.0 mg/mL時(shí)，溶出峰逐漸增大，在1.0 mg/mL時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)用量超過(guò)1.0 mg/mL時(shí)，溶出峰開(kāi)始逐漸減小，這是由于聚合膜修飾層厚度較大時(shí)，電極導(dǎo)電性變差，溶出峰減小。因此，選擇DA的最佳質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL。

在40～120 μmol/L范圍內(nèi)，當(dāng)AZM濃度從40 μmol/L增加至80 μmol/L時(shí)，溶出峰逐漸增大，在80 μmol/L時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)超過(guò)80 μmol/L時(shí)，溶出峰開(kāi)始逐漸減小，這是因?yàn)锳ZM濃度過(guò)大時(shí)不利于MIP的形成。因此，選擇AZM的最佳濃度為80 μmol/L。

在3～20圈范圍內(nèi)，當(dāng)聚合圈數(shù)從3圈增加至10圈時(shí)，溶出峰逐漸增大，10圈時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)超過(guò)10圈時(shí)，溶出峰開(kāi)始逐漸減小，這是因?yàn)殡S聚合圈數(shù)的增多，MIPs厚度逐漸增大，電極的導(dǎo)電性會(huì)不斷降低。因此，選擇MIPs的最佳聚合圈數(shù)為10圈。

如圖6（a）所示，隨著洗脫時(shí)間的增加，AZM不斷被洗脫，孔穴增多，溶出峰增大；當(dāng)洗脫到15 min并繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，溶出峰基本不變，表明洗脫已基本完成。故選擇最佳洗脫時(shí)間為15 min（曲線c）。隨著重吸附時(shí)間的增加，AZM不斷被吸附，孔穴減少，溶出峰減??；當(dāng)吸附到10 min并繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，溶出峰基本不變，表明重吸附已基本完成。故選擇最佳重吸附時(shí)間為10 min（曲線d）。

在0～0.4 V范圍內(nèi)，當(dāng)吸附電位從0增加至0.2 V時(shí)，溶出峰不斷增大，在0.2 V時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)吸附電位超過(guò)0.2 V時(shí)，溶出峰開(kāi)始減小。因此，選擇最佳吸附電位為0.2 V。

在10～50 s內(nèi)，隨著吸附時(shí)間增加，溶出峰不斷變大；當(dāng)吸附時(shí)間超過(guò)30 s時(shí)，溶出峰達(dá)到最大值并趨于平穩(wěn)，表明MIPs對(duì)AZM已吸附飽和。因此，選擇最佳吸附時(shí)間為30 s。

如圖6（b）所示，在pH值為6.5～8.5范圍內(nèi)，當(dāng)溶液pH值從6.5增加至7.0時(shí)，溶出峰逐漸增大，在7.0時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)溶液pH值超過(guò)7.0時(shí)，溶出峰開(kāi)始逐漸減小。因此，選擇最佳的溶液pH為7.0。

2.4 MIP/CNPs-CS/Au的分析性能

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，將制備好的MIP/CNPs-CS/Au電化學(xué)傳感器置于不同濃度的AZM標(biāo)準(zhǔn)溶液中重吸附10 min，然后放入含有5.0 mmol/L Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的10.0 mL 0.1 mol/L PBS中吸附富集30 s。用DPASV法記錄溶出峰，結(jié)果如圖7所示。隨著AZM濃度的增大，F(xiàn)e（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的溶出峰逐漸減小，表明MIP對(duì)AZM的吸附量不斷增加。電流值（Ipa）與AZM濃度（C）分別在0.005～＜5.000 μmol/L和5.000～30.000 μmol/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系。當(dāng)C在0.005～＜5.000 μmol/L時(shí)，其線性方程為Ipa= -3.85C + 83.07，R2 = 0.99；當(dāng)C在5.000～30.000 μmol/L時(shí)，線性方程為Ipa = -0.81C + 67.74，R2 = 0.99。MIP/CNPs-CS/Au檢測(cè)AZM的檢出限（LOD）為3.89 nmol/L（S/N=3）。校正曲線分成0.005～＜5.000 μmol/L和5.000～30.000 μmol/L兩段的原因是：在低濃度溶液中，阿奇霉素分子優(yōu)先與表面較淺區(qū)域的高親和印跡孔結(jié)合，需克服的傳質(zhì)阻力?。浑S著阿奇霉素濃度升高，高親和印跡孔逐漸飽和，阿奇霉素分子進(jìn)一步與位于印跡膜較深區(qū)域的低親和印跡孔結(jié)合，需要克服的傳質(zhì)阻力增大，所以存在兩段校正曲線[30]。

2.5 重現(xiàn)性和選擇性

在相同條件下制備6個(gè)MIP/CNPs-CS/Au，將MIP/CNPs-CS/Au分別放入含有5.0 μmol/L AZM的10.0 mL 0.1 mol/L PBS（pH=7.0）溶液中進(jìn)行重吸附，然后在含有5.0 mmol/L Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的PBS溶液中進(jìn)行DPASV檢測(cè)，結(jié)果如圖8（a）所示。6支電極電流值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）為2.47%，表明該MIP/CNPs-CS/Au傳感器檢測(cè)AZM具有良好的重現(xiàn)性。

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，固定AZM的濃度為5.0 μmol/L，考察常見(jiàn)的共存物質(zhì)對(duì)電化學(xué)響應(yīng)的影響，共存物質(zhì)包括50倍的氯霉素（CAP），100倍的抗壞血酸（ASA）、檸檬酸（CA）和200倍的葡萄糖（glucose）、尿素（urea）。將MIP/CNPs-CS/Au分別放入含有上述共存物質(zhì)的10.0 mL 0.1 mol/L PBS（pH=7.0）溶液中進(jìn)行重吸附，然后在含有5.0 mmol/L Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]的PBS溶液中進(jìn)行DPASV檢測(cè)，如圖8（b）所示，響應(yīng)電流的變化均在±5%范圍內(nèi)，表明上述的共存物質(zhì)對(duì)AZM的檢測(cè)沒(méi)有明顯的干擾。可見(jiàn)，該電化學(xué)傳感器對(duì)AZM的檢測(cè)具有較好的選擇性，可應(yīng)用于復(fù)雜樣品中AZM的特異性識(shí)別與檢測(cè)。

2.6 實(shí)際樣品的檢測(cè)

用MIP/CNPs-CS/Au對(duì)尿樣中AZM的濃度進(jìn)行檢測(cè)。尿樣不做處理，將100 μL尿樣與10.0 mL 0.1 mol/L PBS（pH=7.0）溶液混合。MIP/CNPs-CS/Au在待測(cè)液中進(jìn)行重吸附10 min，然后在含有5.0 mmol/L Fe（CN）[4-6]/Fe（CN）[3-6]中進(jìn)行DPASV檢測(cè)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中AZM的濃度，同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。由表1可知，尿樣的加標(biāo)回收率為97.10%～103.96%，RSD值為1.10%～2.07%?？梢?jiàn)，該傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)尿樣中AZM濃度的準(zhǔn)確檢測(cè)，結(jié)果較理想。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以SP衍生的CNPs作為增敏材料，制備了修飾金電極CNPs-CS/Au；以DA為功能單體，AZM為模板分子，采用電聚合法在CNPs-CS/Au上成功地制備MIP，獲得MIP/CNPs-CS/Au。其中，以SP作為碳源通過(guò)熱解法制備的CNPs，具有導(dǎo)電性好、比表面積大、活性位點(diǎn)多等優(yōu)點(diǎn)；以DA作為功能單體，以電化學(xué)聚合法制備MIP具有簡(jiǎn)單、快速、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。電化學(xué)傳感器MIP/CNPs-CS/Au對(duì)AZM的檢測(cè)表現(xiàn)出良好的電催化性能和優(yōu)異的選擇性。此外，該傳感器靈敏度高、檢出限低、重現(xiàn)性良好，并能方便、快速及準(zhǔn)確地分析尿樣中AZM的濃度。

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Detection of azithromycin by molecularly imprinted electrochemical sensitization with carbon nanoparticles

FENG Xu1，2， GUO Hangyu1，2， QIN Danfeng1，2，3， LI Lijun*1，2

（1.School of Biological and Chemical Engineering， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou

545006， China; 2.Guangxi Key Laboratory of Green Processing of Sugar Resources （Guangxi University of

Science and Technology）， Liuzhou 545006， China; 3. Medical Faculty， Guangxi University of Science and

Technology， Liuzhou 545006， China）

Abstract： Carbon nanoparticles （CNPs） were prepared by purification and high-temperature carbonization using sulfonated asphalt （SP） as the carbon source. CNPs were dispersed in chitosan （CS） solution and modified on a gold electrode （Au） using a drop coating method to obtain CNPs-CS/Au. Using azithromycin （AZM） as a template molecule and dopamine （DA） as a functional monomer， AZM molecularly imprinted thin films were prepared on CNPs-CS/Au electrodes using electro polymerization method. A highly sensitive and specific electrochemical sensor （MIP/CNPs-CS/Au） for recognizing AZM molecules was constructed. MIP/CNPs-CS/Au was characterized by scanning electron microscopy （SEM）， X-ray diffraction （XRD）， X-ray photoelectron energy spectroscopy （XPS）， cyclic voltammetry （CV）， electrochemical impedance spectroscopy （EIS）， and differential pulse anode stripping voltammetry（DPASV）， respectively. The results show that the current value （Ipa） and AZM concentration （C） of the sensor show a good linear relationship in the range of 0.005～＜5.000 μmol/L and 5.000～30.000 μmol/L， respectively. The limit of detection （LOD） is low （3.89 nmol/L， S/N=3）. This sensor can be used for the detection of AZM in actual samples， with the spiked recovery rate of 97.10%～103.96% and a relative standard deviation （RSD） of 1.10%～2.07%.

Keywords： carbon nanoparticles; molecularly imprinted polymers; electrochemical sensors; azithromycin

（責(zé)任編輯：于艷霞）

收稿日期：2024-01-03；修回日期：2024-01-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（82260701）；廣西自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2019GXNSFDA245025）資助

第一作者：馮旭，在讀碩士研究生

*通信作者：李利軍，博士，教授，研究方向：電分析化學(xué)，E-mail：gxustllj@163.com