一种用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器及其应用

本发明属于物质检测领域，涉及一种用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器及其应用。

背景技术：

1、目前，检测生物小分子的方法主要有液质联用、流动注射化学发光法、荧光测定法和毛细管电泳法等，这些方法费用高、耗时长、程序繁琐，限制了它们在常规分析中的应用。

2、电化学方法由于快速响应时间、高灵敏度、低成本、易于小型化、低功耗和优异的检测限而被广泛采用。选择性是电化学传感需要重点考虑的特性，这是由于生物小分子结构和性质相似性较多，容易导致电化学检测的干扰。分子印迹法是基于导电膜上特异性的分子识别位点实现检测的高选择性，因此结合分子印迹的电化学检测在生物小分子检测的应用方面具有相当的吸引力。

3、分子印迹电化学检测过程中的孵育步骤耗时较长，原因在于待测分子需要足够的时间从溶液中扩散到分子印迹膜上的识别位置。另一方面，目前分子印迹电化学检测所需的样品溶液体积一般在数毫升，因此所需实际样品量较大，同时增加了样品处理的难度。而微升级溶液(体积在0.01～1毫升)存在层流，分子扩散较慢，使得分子印迹电化学检测的灵敏度优势难以发挥。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服采用现有的分子印迹电化学方法在对微升级样品溶液进行检测时存在灵敏度低且耗时长的问题，而提供的一种用于检测微升级样品的分子印迹电化学传感器，可用于实际样品的高效快速检测。

2、具体地，本发明提供了一种用于检测微升级样品的分子印迹电化学传感器，所述分子印迹电化学传感器包括分子印迹工作电极以及振动器，所述分子印迹工作电极包括碳基电极以及附着于碳基电极表面的分子印迹聚合物层，所述分子印迹聚合物层通过将聚合单体在模板分子的存在下进行电聚合后将模板分子洗脱后获得，所述振动器设置于所述分子印迹工作电极的底部。

3、色氨酸(trp)是人体必需的氨基酸，是神经递质和神经激素如血清素和褪黑激素的前体。营养学家建议在吃晚餐的时候应该适量的多吃一些含有色氨酸的食物，世界卫生组织建议每天摄入4mg/kg的色氨酸，因为这种物质在人体内代谢后会生成5-羟色胺，它能够抑制中枢神经兴奋度，产生一定的困倦感。目前的证据表明，在食用热带水果如香蕉、菠萝、樱桃和橙子后，人体中的循环褪黑激素增加，虽然色氨酸不能在人体内直接合成，但其衍生的各种β-咔啉存在于可食用植物中，例如腰果、核桃、菠萝和香蕉。此外，色氨酸是高等植物中含量最丰富的吲哚类化合物，是生长素合成的重要前体。trp在植物组织中生物合成吲哚乙醛或色胺，并产生生长素吲哚-3-乙酸(iaa)。因此我们这里以水果中色氨酸的分子印迹电化学检测为实例。

4、在一种优选实施方式中，所述碳基电极为平板电极。

5、在一种优选实施方式中，所述碳基电极包括不锈钢基底以及附着于不锈钢基底表面的导电碳层，所述分子印迹聚合物层附着于导电碳层的表面。

6、在一种优选实施方式中，所述不锈钢基底的厚度为0.01～1mm，如0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm或它们之间的任意值；所述导电碳层的厚度为0.005～0.5mm，如0.005mm、0.01mm、0.02mm、0.04mm、0.06mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm或它们之间的任意值；所述分子印迹聚合物层的厚度为0.5～200nm，如0.5nm、1nm、20nm、40nm、60nm、80nm、100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、20nm或它们之间的任意值。

7、在一种优选实施方式中，所述分子印迹工作电极按照以下方法制备得到：将碳基电极置于预聚合液中进行电聚合，所述预聚合液中含有聚合单体和模板分子，之后洗脱聚合膜中的模板分子。

8、在一种优选实施方式中，所述预聚合液中聚合单体的浓度为5～10mmol/l，如5、6、7、8、9、10mmol/l或它们之间的任意值；模板分子的浓度为20～25mmol/l，如20、21、22、23、24、25mmol/l或它们之间的任意值。

9、在一种优选实施方式中，所述聚合单体选自吡啶(py)、丙烯酸(aa)、甲基丙烯酸(maa)、丙烯酸甲酯(ma)、甲基丙烯酸甲酯(mma)、4-氨基丁酸(4-aba)、间苯二胺(m-pd)、邻苯二胺(o-pd)和β-环状糊精(β-cd)中的至少一种。

10、在一种优选实施方式中，所述模板分子为色氨酸。

11、在一种优选实施方式中，所述电聚合的条件包括电压为0～1.2v，如0.1、0.2、0.5、0.8、1.0、1.2v或它们之间的任意值；扫描速度为10～100mv/s，如10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100mv/s或它们之间的任意值；采样间隔为0.5～2mv，如0.5、0.8、1、1.2、1.5、2mv或它们之间的任意值；扫描圈数为2～20，如2、5、8、10、12、15、18、20或它们之间的任意值；。

12、在一种优选实施方式中，所述洗脱采用恒电位洗脱法进行，洗脱剂为浓度0.1～0.5mol/l(如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mol/l或它们之间的任意值)的na2hpo4；电压为0.7～1.1v，如0.7、0.8、0.9、1.0、1.1v或它们之间的任意值；时间为8～12min，如8、9、10、11、12min或它们之间的任意值。

13、在一种优选实施方式中，本发明提供的分子印迹工作电极的制备方法还包括在电聚合之前，先将碳基电极采用等离子处理；所述等离子处理的时间为0.1～90s，如0.1、1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90s或它们之间的任意值。

14、在一种优选实施方式中，所述振动器设置于分子印迹工作电极中碳基电极的远离分子印迹聚合物层的底部。

15、在一种优选实施方式中，检测样品溶液的体积在0.01～1ml。

16、此外，本发明还提供了上述用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器在水果中色氨酸检测中的应用。

17、本发明通过经由分子印迹技术制得的分子印迹聚合物(mips)层结合至碳基工作电极表面，利用分子印迹聚合物的高选择性识别性质赋予传感器对色氨酸的良好选择性，同时配合振动器增强待检测溶液的传质，将振动应用于分子印迹电化学检测的孵育阶段，提高灵敏度，缩短孵育时间，从而易于从水果中对色氨酸进行电化学检测。

18、此外，尽管mips在选择性方面具有优势，但其在电化学传感过程中灵敏度较低。本发明的发明人经过深入研究之后发现，在电聚合之前，先将碳基电极采用等离子处理，能够增大电极的表面积、增加电子传递速率并提高电催化性能，从而提高电化学传感器的灵敏度。

技术特征：

1.一种用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述分子印迹电化学传感器包括分子印迹工作电极以及振动器，所述分子印迹工作电极包括碳基电极以及附着于碳基电极表面的分子印迹聚合物层，所述分子印迹聚合物层通过将聚合单体在模板分子的存在下进行电聚合后将模板分子洗脱后获得，所述振动器设置于所述分子印迹工作电极的底部。

2.根据权利要求1所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述碳基电极为平板电极，包括不锈钢基底以及附着于不锈钢基底表面的导电碳层，所述分子印迹聚合物层附着于导电碳层的表面。

3.根据权利要求2所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述不锈钢基底的厚度为0.01～1mm，所述导电碳层的厚度为0.005～0.5mm，所述分子印迹聚合物层的厚度为0.5～200nm。

4.根据权利要求1所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述分子印迹工作电极按照以下方法制备得到：将碳基电极置于预聚合液中进行电聚合，所述预聚合液中含有聚合单体和模板分子，之后洗脱聚合膜中的模板分子。

5.根据权利要求4所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述聚合单体选自吡啶、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、4-氨基丁酸、间苯二胺、邻苯二胺和β-环状糊精中的至少一种，所述模板分子为色氨酸。

6.根据权利要求4所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述预聚合液中聚合单体的浓度为5～10mmol/l，模板分子的浓度为20～25mmol/l。

7.根据权利要求4所述的用于检测微升级样品的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述电聚合的条件包括电压为0～1.2v，扫描速度为10～100mv/s，采样间隔为0.5～2mv，扫描圈数为2～20；所述洗脱采用恒电位洗脱法进行，洗脱剂为浓度0.1～0.5mol/l的na2hpo4，电压为0.7～1.1v，时间为8～12min。

8.根据权利要求4所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，所述分子印迹工作电极的制备方法还包括在电聚合之前，先将碳基电极采用等离子处理；所述等离子处理的时间为0.1～90s。

9.根据权利要求1所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，其特征在于，检测样品溶液的体积在0.01～1ml。

10.权利要求1～9中任意一项所述的用于微升级样品溶液检测的分子印迹电化学传感器，应用在水果中检测色氨酸。

技术总结
本发明属于物质检测领域，具体涉及一种用于检测微升级样品的分子印迹电化学传感器及其应用。所述分子印迹电化学传感器包括分子印迹工作电极以及振动器，所述分子印迹工作电极包括碳基电极以及附着于碳基电极表面的分子印迹聚合物层，所述分子印迹聚合物层通过将聚合单体在模板分子的存在下进行电聚合后将模板分子洗脱后获得，所述振动器设置于所述分子印迹工作电极的底部。本发明提供的分子印迹电化学传感器对微升级样品中模板分子例如色氨酸具有较好的选择性和灵敏度，微升级溶液的检测可以扩大分子印迹电化学检测的范围，孵育阶段的振动可以有效缩短检测所需时间，提高检测效率，该方法能够成功应用于水果中色氨酸的测定。

技术研发人员：鲍宁,程烨,霍晓磊
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29