分子印迹胶体阵列检测对硝基苯酚.pdf

第40卷
分析化学( FENXI HUAXUE)研究报告
第2期
2012年2月
Chinese Journal of Analytical Chemistry
DOI:10.3724/SP.J.1096.2012.10688
分子印迹胶体阵列检测对硝基苯酚
薛飞王一飞王秋鸿孟子晖薛敏黄舒悦芦薇
(北京理工大学化工与环境学院,北京100081)
摘要以对硝基苯酚(か-NP)为印迹模板,内烯酰胺为功能单体,制备单分散的对硝基苯酚分子印迹胶体微
球。通过垂直沉降法将分子印迹胶体微球自组装为分子印迹胶体阵列,采用胶带将分子印迹胶体阵列粘贴固
定。固定于胶带上的分子印迹胶体阵列膜显示出良好的稳定性,而且对目标分子pNP具有明显的光学响
应。分子印迹微球吸附目标分子发生溶胀,引起胶体阵列溶涨,分子印迹胶体阵列(MCA)反射峰位置发生移
动。实验结果显示,MICA随着争-NP浓度増加,反射峰红移近60m,MICA表面颜色由红色逐渐变为蓝紫色
而非印迹胶体阵列红移量只约40nm。MICA简化了光子晶体凝胶传感材料的制备步骤,为开发新型高性能
生化传感器材料提供了新思路
关键词光子晶体;胶体阵列;分子印迹;对硝基苯酚
1引言
对硝基苯酚(か Nitrophenol,pNP)是一种常见的环境内分泌干扰物,能够刺激并抑制中枢神经,严
重时将出现高铁血色素症和呼吸困难,因此对其监测和评价有重要的应用价值。传统か-NP检测方法
主要基于高效液相色谱等分析手段,仪器贵重,操作复杂耗时。因此,实现简便操作,微型化,直观裸
眼检测等性能成为新型分析传感材料的主要研究方向。
光子品体( Photonic crystal,PC)具有完美的光学调控性能,根据布拉格行射定律,其结构的微变能
够引起衍射波长的显著变化i。这为实现“裸眼检测”提供了可能,所以近年来光子晶体在分析化学,
尤其是化学传感器领域的应用受到了科研工作者的高度重视η。目前文献中所报道的光子晶体传感
材料大致可分为两类:一类用胶体晶体模板反向复制法制备具有三维有序大孔结构的光子晶体凝胶材
料;另一类在胶体晶体的间隙填充玏能化凝胶?。两种方法均需要有高分子凝胶聚合的步骤,而
这一步骤通常会破坏胶体晶体的规则排列结构,面且也增加了制备的步骤和周期;另外,功能化凝胶通
常对带有特定官能团的一类物质都有响应,其选择性并不高。分子印迹技术是当前发展高选择性材料
的主要方法之一,分子印迹聚合物( Molecularly imprinted polymers,MIPs)对模板分子具有高度的选择识
别性能。研究表明,将分子印迹技术与光子晶体相结合,可以提高光子晶体传感材料的选择性~?。
鉴于常规光子晶体传感材料突显的缺点,本研究用单分散的分子印迹胶体微球自组装成分子印迹
胶体阵列( Molecularly imprinted colloidal array,MICA),然后通过用胶带将印迹胶体阵列粘下,达到固定
的效果。MICA本身就具有光子晶体结构,而且胶体阵列是由带印迹的胶体微球组成,本身就能够识别
模板分子,所以不需要在阵列间隙再填充其它凝胶。印迹微球特异性吸附模板分子引起微球溶胀,使密
堆积的MICA发生溶张,进而使MICA的衍射光学信号发生变化,达到了传感的目的
MICA既将分子印迹技术与光子晶体技术相结合,提升光子晶体传感材料的选择性,同时避免了材
料微观规则结构的破坏,更重要的是简化了制备光子晶体传感材料的步骤
2实验方法
2.1仪器与试剂
IKA RW20数字搅拌器、IKAC- MAG HS7控温仪(IKA公司);HWS-ISO恒温恒湿箱(宁波海曙赛福
2011-0625收稿;201-08-19接受
本文系国家自然科学基金(No.20775007),863计划(No.2007AA10743),环境毒理国家重点实验室开放基金(No.KF200908)资助
E-mail:m_zihui@yahoo.com
第2期
薛飞等:分子印迹胶体阵列检测对硝基萃酚
219
实验仪器厂);S-4800扫描电镜( HITACHI); Avaspec2048TEC微型光纤光谱仪( Dantes),其中光源型号
是 Avalight DH-S-BAL,光纤型号是FCUV6002SR;LC20AT型高效液相色谱仪、SPD-20A紫外检测
器(岛津公司)。色谱条件:C反相色谱柱(150mnX4.6mm,5um, Agela公司);流动相为甲醇水(55:
45,V/V),流速:1mL/min;柱温为室温,检测波长260nm。钻石牌盖玻片(24mmX50mm),胶带(宽
12mm,得力集团)。
对硝基苯酚,间硝基苯酚,苯酚,3氨基苯酚(分析纯,国药集团);丙烯酰胺(AM,分析纯,天津市科
密欧化试剂开发中心);甲基丙基酸甲(MMA,分析纯,天津博迪化工),过硫酸钾(KPS,分析纯,汕头
市西陇化工广);甲醇(色普纯,山东禹王实业有限公司);乙酸,浓H2SO4,30%H2O2(分析纯,北京化工
);超纯水由AWL-0502-U艾科浦超纯水系统制备(艾科浦公司)。
2.2p-NP分子印迹胶体微球的制备
将模板0.6956g(5mol)p-NP和单体1.0662g(15molI)AM超声溶于30 ML MMA中,并与
255mL去离子水在烧瓶中混合,氮气保护下搅拌加热至80℃,再加入15mL0.04g/mL引发剂KPS溶液,
恒温搅拌45min后,反应液依次用甲醇-乙酸(8:2,V/V)溶液,甲醇,去离子水反复离心、去除上层清液,重
新超声分散洗剂3次,以除去模板分子か-NP。制备非印迹胶体微球时,除不加模板分子,其它方法同上。
2.3p-NP分子印迹胶体微球的印迹效果评价
将合成的分子印迹胶体微球和非印迹胶体微球置于60℃的真空干燥箱干燥。分别称取2.5mg印
迹徴球,并加入1mL0.5gLかNP溶液,分别吸附5,10,20和40min后,离心,取上清液供HPLC检测。
分別称取10mg印迹微球,并分别加入1mL浓度分别为1,5,10,25和50gL的か-NP甲醇-水(4:6,
V/V)溶液,振荡吸附1h,离心,取上清液供HPLC检测。
2.4p-NP分子印迹胶体阵列的制备及其传感性能评价
以盖玻片为基片,将盖玻片浸泡到浓H2SO4-H2O2(7:3,V/V)溶液中12h后,用去离子水清洗干净后
吹干。将基片垂直贴于玻璃槽内,加人质量浓度为0.3%分子印迹胶体微球溶液,于恒温恒湿(30℃、湿
度50%)培养箱中控制溶液匀速挥发,小球通过表面张力自组装于基片上形成MICA,用胶带将MICA
从盖玻片上粘下。将MICA膜分别浸于浓度为0、10、20和30 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液(pH6.0)中,用
微型光纤光谱仪检测MICA膜的反射光谱
2.5MICA对实际水样的传感响应
分别以实验室自来水、百里峡景区泉水和玲珑公园湖水为实际水样,未检出か-NP。将上述实际水
样进行抽滤,以除去其中的悬浮颗粒,再加入适量か-NP,分别配制成浓度为20 mmol/L p-NP溶液。将
MICA膜浸于上述实际水样中,用微型光纤光谱仪检测MICA膜的反射光谱。
结果与讨论
3.1p-NP分子印迹胶体微球的制备
丙烯酰胺(AM)作为功能单体常用于识别硝基苯酚类化合物,在聚合之前,将模板かNP和功能
单体AM溶解在MMA中,超声使模板与单体之间的氢鍵
充分形成。模板かNP与功能单体AM之间形成的氢键复