一种基于光敏介孔硅基分子印迹微球的检测试纸及其制备方法与流程

本发明涉及一种检测试纸，具体而言，涉及基于光敏介孔硅基分子印迹微球的可视化检测试纸及其制备方法。
背景技术：
：分子印迹聚合物(mips)可选择性识别被印迹的痕量/微量模板分子，已广泛用于复杂样品分析的前处理。近年来，分子印迹技术已成为国内外研究的热点，而将分子印迹技术与固相微萃取技术相结合，更是分离富集领域的新突破。分子印迹聚合物的制备主要包括以下三个步骤：首先，通过共价键或非共价键使模板分子与功能单体之间结合形成可逆的化合物或复合物；然后，在交联剂、引发剂和致孔剂的作用下发生聚合形成三维网状结构的共聚物，同时将模板分子固定在网状共聚物中；最后，通过酸解或溶剂抽提等方法将模板分子脱除，从而在网状结构中形成与模板分子在空间结构上完全匹配，并且有专一性识别作用的三维孔穴。制得的分子印迹聚合物不但具有与模板分子相匹配的结合位点和孔穴，而且能抵抗恶劣环境、稳定性好、使用寿命长，在手性分离、色谱分离、膜分离、固相萃取、化学仿生传感器以及模拟酶催化等领域都有很好的应用前景。通过传统的表面聚合法制备的表面分子印迹微球吸附容量较大，选择性强，但机械强度较差。本发明通过使用介孔sio2材料，然后双键修饰介孔sio2表面，使用光敏异构的偶氮苯作为功能单体进行表面聚合，实现了光控吸附-解析，解决吸附残留问题，聚合物壳层实现了厚度可控，不仅吸附容量、牢固度、机械强度大为增强，而且随偶氮苯功能单体的改变，制得的分子印迹微球也呈现出不同颜色，有利于待测物的可视化显色分析。相对于其他具有分子识别功能的生物大分子(如：酶与底物、抗原与抗体、受体与激素)来说，分子印迹聚合物在很多方面都具有一定的比较优势，如：(1)可以通过功能基团的特殊修饰，有目的的提高分子印迹聚合物的亲和性和催化能力；(2)分子印迹聚合物能重复使用，而且在循环使用多次后，依然保持较高的亲和能力；(3)分子印迹聚合物的印迹位点，是人为合成而非天然形成的，因此能有效地抵抗恶劣环境；(4)制备的分子印迹聚合物形态均一，亲和力强，制备过程简单，耗时短。模板分子不同，制备出的分子印迹聚合物也不同，可满足日常的分离分析(如食品安全、药物分离等)中的不同需求。定性或半定量的试纸检测是一种直观的、可视化检测方法，因此将分子印迹与试纸相结合进行物质的快速检测，将是一种非常有效，能够推广的方法，目前市场上这种试纸产品很少。技术实现要素：本发明的目的之一是提供一种基于光敏介孔硅基分子印迹微球的检测试纸的制备方法。基于光敏介孔硅基分子印迹微球的检测试纸的制备方法：具体包括以下步骤：(1)光敏介孔硅基分子印迹微球的制备：a)介孔sio2纳米球的双键改性：采用溶胶制备法，将介孔sio2纳米球悬于3-(三甲氧基硅基)-丙基甲基丙烯酸酯(mps)溶液中，搅拌，收集分离，反复水洗，真空干燥即得；b)光敏介孔硅基分子印迹微球的制备：通过表面聚合法，以经过双键改性的介孔sio2纳米球为载体，以待测物为模板分子，以具有光敏异构化作用的偶氮苯类化合物为功能单体，二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮异丁腈为引发剂，乙腈为致孔剂，制备含有模板分子的光敏介孔硅基分子印迹微球；c)光控溶剂脱除模板分子：制备含有模板分子的分子印迹微球后，利用特定波长的紫外光照射，使印迹微球中功能单体片段由反式构型变为顺式构型，便于模板分子的脱除；再用特定波长的可见光照射使其恢复反式构型，制得留有模板空穴的光敏介孔硅基分子印迹微球；(2)将步骤(1)制备的光敏介孔硅基分子印迹微球，用于制作检测试纸。步骤b)中具有光敏异构化作用的偶氮苯类化合物为：4-甲基丙烯酸酯基-4′-羟基偶氮苯，4-甲基丙烯酸酯基-4′-羧基偶氮苯，4-甲基丙烯酸酯基-4′磺酸基偶氮苯或4-(4-甲基丙烯酰氧基)-偶氮苯基吡啶等，均可购得(如：sigma-aldrich公司，杭州凯方科技有限公司，北京伊诺凯科技有限公司)。作为本发明的进一步改进，步骤(1)中在微球表面聚合过程中通过控制改性介孔sio2、功能单体和引发剂的摩尔比、聚合反应的反应温度、反应时间控制微球聚合物壳层的厚度；实现吸附容量的调控优化。作为本发明的进一步改进，控制微球聚合物壳层的厚度50～70nm，优选60nm。作为本发明的进一步改进：控制改性介孔sio2、功能单体和引发剂的摩尔比3:1:0.1～4:1:0.2，优选3:1:0.1；控制聚合反应的反应温度55～60℃，优选60℃；控制反应时间24～36h，优选24h。作为本发明的进一步改进：控制功能单体、交联剂和致孔剂的摩尔比为1:4:40～1:7:80。作为本发明的进一步改进：步骤(1)的a)具体如下：介孔sio2纳米球(粒径2～50nm)的双键改性：采用溶胶制备法，将介孔sio2纳米球悬于3-(三甲氧基硅基)-丙基甲基丙烯酸酯溶液中，40～50℃磁力搅拌5～10h，收集分离，反复水洗，45～60℃真空干燥即得。作为本发明的进一步改进：步骤(1)的c)具体如下：光控溶剂脱除模板分子：制备含有模板分子的分子印迹微球后，利用360nm紫外光照射5～10min，使印迹微球中功能单体片段由反式构型变为顺式构型，便于模板分子的脱除，用甲醇回流3～5次即可；再用470nm可见光照射5～10min使其恢复反式构型，制得留有模板空穴的光敏介孔硅基分子印迹微球。作为本发明的进一步改进：同时按步骤(1)中的a)、b)制备不含模板分子的对照印迹微球；步骤(1)中所述的模板分子依检测对象而定，能喷涂制成一种以上检测线用于同时检测一种以上的物质。作为本发明的进一步改进，喷膜仪喷于nc膜的浓度要进行优化，将不同浓度的分子印迹微球喷于nc膜上，依次测定同一浓度的待测溶液。通过调试，获得以检测线显色适当，目测灵敏度最好，试剂用量最省的分子印迹微球的最佳浓度。作为本发明的进一步改进，喷膜仪在选择连续式喷膜仪时，应预先调整好浓度和喷量，喷膜速度应保持不变，使喷量准确，所喷出的检测线均匀稳定。作为本发明的进一步改进：步骤(2)的具体过程如下：1)硝酸纤维素膜(nc膜)的制备：用50％甲醇悬混制备的光敏介孔硅基分子印迹微球至1～2mg/ml，用喷膜仪按1～2μl/cm速度分别喷涂于硝酸纤维素膜上作为检测线，每条检测线相距4～10mm；同样地，将1～2mg/ml的对照印迹微球50％甲醇悬混液喷涂于质控区作为质控线，用封闭液封闭硝酸纤维素膜，然后室温晾干备用；优选要在37℃烘箱烘干。2)检测试纸的组装：将干燥后的样品垫、玻璃纤维膜(反应垫)、硝酸纤维素膜和吸水滤纸依次装配在预先涂有pvc专用胶的pvc底板上，然后用切条机切割成5～10mm宽的试纸条成品。作为本发明的进一步改进：所述的封闭液为含有0.25％聚乙烯吡咯烷酮、0.25％牛血清白蛋白、5％蔗糖的混合溶液；所述的基于光敏介孔硅基分子印迹微球各部件长度为：吸水滤纸3cm，nc膜4cm，玻璃纤维膜1cm，样品垫3cm，pvc底板10cm；宽度均为5～10mm。作为本发明的进一步改进，所述基于光敏介孔硅基分子印迹微球各部件长度为：吸水滤纸3cm，nc膜4cm，玻璃纤维膜1cm，样品垫3cm，pvc底板10cm，各部件比例适中，结果更可靠、清晰。本发明的第二个目的是提供上述的方法制备得到的基于光敏介孔硅基分子印迹微球的检测试纸。本发明为将分子印迹技术与可视化检测试纸相结合，实现目标待测物的快速简便检识。试纸条显色作用原理基于以下两点：第一，分子印迹微球的选择性识别原理，以待测物为模板制备的分子印迹微球选择识别该待测物，对其他物质无响应；第二，分子印迹微球中，功能单体偶氮苯的光敏异构化，结合模板分子后的光致变色原理。将偶氮苯类作为功能单体，可以获得既能选择性识别待测物，又能光致变色的分子印迹微球。具体地，如将功能单体4-甲基丙烯酸酯基-4′-羟基偶氮苯参与共聚反应后得到的mips，用紫外光(360nm)照射后其结构由稳定的反式构型变为不稳定的顺式构型，利于将模板分子脱除，如用可见光(470nm)照射使其恢复反式构型，则有利于模板分子的吸附。由于4-甲基丙烯酸酯基-4′-羟基偶氮苯本身是橙红色的，所以可得到橙红色的分子印迹微球。由于功能单体与模板分子之间通过分子间力、氢键结合，模板分子如果含有羟基等助色基团，从而导致功能单体的分子轨道能级发生变化，因而最大吸收波长发生改变。对于偶氮苯化合物中的π→π*跃迁来说，由于分子偶极和氢键的作用可能更多的降低π*轨道能级(与π轨道相比)，导致k吸收带向长波方向位移(红移)，导致颜色变深，因此吸附模板分子后，该分子印迹微球会由橙红色变成紫红色。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)使用sio2介孔材料后，由于介孔材料巨大的比表面，增强了分子印迹微球的吸附量、牢固度与机械强度。(2)使用光敏异构的偶氮苯作为功能单体进行表面聚合，同时实现了光控吸附-解析，解决吸附残留问题，制得的分子印迹微球也呈现出不同颜色，有利于待测物的可视化显色分析。由于分子印迹微球的功能单体具有光敏异构化作用和光致变色效果，在吸附待测物后发生颜色变化，可以很直观地辨别待测物是否存在，为定量检测提供了定性依据。(3)分子印迹微球聚合物壳层实现了厚度可控，有利于吸附容量的调控优化。(4)利用本发明制备的可视化检测试纸检测灵敏度高，速度快，并能同时检测多个指标。(5)该检测试纸可以根据检测需要更换不同待测物为模板，应用广泛。整个检测过程最快可以在3min内完成，更适合于现场快速筛选，操作简单，检测快速，非专业人士可完成全程检测，有利于该法的推广和普及。附图说明图1为基于光敏介孔硅基分子印迹微球的检测试纸组装示意图；图2为油样中三种地沟油标志物均为阳性示意图；图3为油样中三种地沟油标志物均为阴性示意图；图4为t1变成紫红色，而t2、t3不变，即该油样黄曲霉素超标示意图；图5为t2变成紫红色，而t1、t3不变，即该油样茴香胺超标示意图；图6为t3变成紫红色，而t1、t2不变，即该油样dbs超标示意图；图7为质控线变色，即试纸失效示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，不是对本发明的限制。实施例1：基于光敏介孔硅基分子印迹微球的检测试纸的制备该试纸条可以根据检测指标改变模板分子，以地沟油的重要标志物黄曲霉素、茴香胺、十二烷基苯磺酸钠(dbs)为例：(1)光敏介孔硅基分子印迹微球的制备：a)介孔sio2纳米球的双键改性：利用溶胶制备方法，以介孔sio2纳米球为载体，以3-(三甲氧基硅基)-丙基甲基丙烯酸酯(mps)为原料引入双键，具体地，将介孔sio2纳米球悬于mps溶液中，50℃磁力搅拌5h，收集分离，反复水洗，50℃真空干燥即得；b)光敏介孔硅基分子印迹微球的制备：分别以黄曲霉素、茴香胺、dbs为模板分子，与功能单体(4-甲基丙烯酸酯基-4′-羟基偶氮苯)溶解于无水乙腈中进行预组装，用n2吹扫保护，然后放入4℃冰箱存放12h，备用；然后以双键改性后的介孔sio2纳米球为载体，二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮异丁腈为引发剂，溶于致孔剂乙腈中，冰上操作，n2吹扫下加入预组装溶液，然后60℃搅拌24h。同时按步骤a)、b)制备不含模板分子的对照印迹微球；c)光控溶剂脱除模板分子：获得含有模板分子的分子印迹微球后，利用360nm紫外光照射5min，使功能单体由反式构型变为顺式构型，便于模板分子的脱除，用甲醇回流3～5次即可；再用470nm可见光照射5min使其恢复反式构型，分别得到以黄曲霉素、茴香胺、dbs为模板分子的光敏介孔硅基分子印迹微球。(2)nc反应膜的制备：将最终获得的光敏介孔硅基分子印迹微球，用50％甲醇悬混至2mg/ml，用喷膜仪按1μl/cm分别喷涂于同一条硝酸纤维素(nc)膜上的指定区域作为检测线，每条检测线相距4～10mm；同样，用喷膜仪将浓度为2mg/ml的对照印迹微球喷涂于质控区作为质控线，用封闭液封闭nc反应膜，然后室温晾干备用。(3)检测试纸的组装：将干燥后的样品垫、玻璃纤维膜、nc反应膜和吸水滤纸依次装配在预先涂有pvc专用胶的pvc底板上，然后用切条机切割成5mm宽的试纸条，制成基于分子印迹微球的地沟油检测试纸。实施例2：光敏介孔硅基分子印迹微球壳层厚度控制与核壳结合牢固度评价在微球表面聚合过程中通过控制改性sio2、功能单体和引发剂三者的摩尔比、聚合反应温度、反应时间等得到不同条件下的微球，经tem检测微球的厚度。然后分别取50mg微球，置于5ml离心管中，分别加入不同浓度模板的甲醇溶液3.0ml，于震荡器上震荡24h，取上层清液用甲醇稀释之后，用紫外分光光度计检测模板分子的浓度，平行测定3次，取平均值。再计算微球的吸附量。然后比较得出微球的最佳厚度所对应的条件。得到的结果如下：表1改性sio2、功能单体和引发剂的摩尔比对厚度的影响t＝60℃t＝24hn(改性sio2):n(功能单体):n(偶氮异丁腈)1.5:1:0.022:1:0.053:1:0.14:1:0.25:1:0.5微球壳的厚度(nm)2030605040表2反应温度对厚度的影响n(改性sio2):n(功能单体):n(偶氮异丁腈)＝3:1:0.1t＝24h温度(℃)4050607080微球壳的厚度(nm)204060105表3反应时间对厚度的影响t＝60℃n(改性sio2):n(功能单体):n(偶氮异丁腈)＝3:1:0.1表4微球的厚度对吸附量的影响微球壳的厚度(nm)3040506070最大吸附量(μmol/g)103.5139.8185.4230.7221.3从以上四个表可以看出，最佳反应温度为60℃，因为随着温度的升高，反应开始时，引发剂分解产生的自由基浓度提高，可以提高聚合以及接枝率，但是温度太高则会使聚合反应中自由基浓度过高，相互之间碰撞而发生双基终止的几率以及发生链转移的几率提高，因此又会使得聚合以及接枝率降低；改性sio2、功能单体和引发剂的摩尔比为3:1:0.1时最佳，因为引发剂用量较少时，可以提高体系中的自由基浓度，所以粒子表面的接枝率以及单体的转化率、转化效率均有所提高。但是，引发剂含量增加到一定程度时，预引发产生的自由基之间发生双基终止的程度增大，所以使得单体的转化率以及接枝率降低；反应时间增加，微球的厚度也有所增加，但最大厚度基本保持在70nm左右。通过吸附实验得出厚度为60nm时，吸附效果最佳，因为厚度太薄，则吸附量较小，会导致试纸的显色不够明显，但是厚度太厚则会导致模板脱除较难，从而微球中可能存在少量模板，吸附量反而降低，所以最佳厚度为60nm。交联剂和致孔剂的添加量对厚度影响不大，控制功能单体、交联剂和致孔剂的摩尔比为1:4:40～1:7:80即可。针对不同壳层厚度的分子印迹微球，在200r/min往复振荡条件下进行连续多次的吸附-解析实验，每次吸附-解析后计算吸附容量的下降率(与第1次的相比)，以此评价分子印迹微球球核与聚合物壳层的结合牢度。我们发现所有制备获得的分子印迹微球，在使用10次后，吸附容量下降率不超过5％；在使用20次后，吸附容量下降率不超过12％。这说明，分子印迹微球球核与聚合物壳层的结合牢度非常好，而且有很强的机械强度。实施例3：试纸条最低检出限与选择性评价1、试纸条最低检出限的测定将黄曲霉素、茴香胺和dbs标准品分别配成系列浓度(0～100μg/ml)的溶液，分别取100μl滴加到实施例1制备的试纸条样品垫上进行检识，重复3次；通过肉眼观察，试纸条检测线变色程度明显小于对照质控线颜色的变化程度时的最小浓度，即为该试纸条的肉眼判定检出限；其中黄曲霉素检出限为0.5μg/ml，茴香胺检出限为0.5μg/ml，dbs检出限为1.0μg/ml(表5)。表5分子印迹微球检测试纸检识黄曲霉素、茴香胺和dbs结果注：+表示变色，++表示明显变色，－表示不变色。2、试纸条的检识选择性评价分别配制50μg/ml的黄曲霉素、茴香胺、丁香酚、草蒿脑、dbs溶液，取不同体积(20～200μl)用该试纸进行检测，重复3次，5min后观察结果，如表6所示。可以看出该试纸对地沟油中丁香酚、草蒿脑不显色，而对地沟油常见标志物黄曲霉素、茴香胺和dbs具有特异选择性。表6试纸条的特异性测定结果体积/μl黄曲霉素茴香胺丁香酚草蒿脑dbs20++－－+40++－－+60++－－+100++－－+200++－－+注：－表示不变色，+表示变色实施例4：样品的检测及结果判定(以食用油为例)1、待测样品的处理用胶头滴管吸取食用油样品，取2滴至1ml的小离心管中，再加入4滴石油醚和4滴乙醇，混匀，静置分层后用胶头滴管小心吸取上层液体弃掉，然后加入15滴纯水，混匀待检。2、样品检测将一条试纸的样品垫端浸入预处理后的待检样品中，样品液面不可超过检测线；当液体全部浸湿nc膜后的3～5min内判定结果。3、结果判定试纸条的检测线显色分析：(1)三条检测线均变成紫红色，表明此油样中三种地沟油的标志物均为阳性，即可判定该油样为地沟油或掺有地沟油，如图2所示；(2)检测线中三条检测线均不变为紫红色，即可判定该油样中三种地沟油标志物均为阴性，即为合格油样，如图3所示；(3)t1变成紫红色，而t2、t3不变，则说明该油样黄曲霉素超标，如图4所示；(4)t2变成紫红色，而t1、t3不变，则说明该油样茴香胺超标，如图5所示；(5)t3变成紫红色，而t1、t2不变，则说明该油样dbs超标，如图6所示。(6)因为质控线为不加模板的分子印迹微球，所以它表现的是非特异性吸附，且吸附量比较小，用肉眼观察不到颜色变化，如果质控线变色则说明试纸失效，如图7所示。当前第1页12