一种分子识别传感器的电沉积制备方法技术

一种分子识别传感器的电沉积制备方法，属于高分子材料科学和化学传感器相结合的技术领域。本发明专利技术利用离子型光敏共聚物自组装得到包覆模板分子的印迹胶束，通过恒电位电沉积使胶束在电极表面成膜，紫外辐照交联，以及洗脱模板分子，得到分子印迹胶束膜修饰电极，该修饰电极具有分子识别能力，与计算机连接构成能够专一识别模板分子的分子识别传感器。本发明专利技术制得的分子识别传感器选择性优，灵敏度高，且长期稳定，可在食品安全、生物医药及环保监测等领域广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，通过分子设计合成离子型光敏共聚物，自组装得到包覆模板分子的印迹胶束，通过恒电位电沉积使胶束在电极表面成 膜，紫外辐照交联，洗脱模板分子，得到分子印迹胶束膜修饰的电极，该修饰电极具有分子 识别能力，与计算机连接构成能够专一识别模板分子的分子识别传感器。属于高分子材料 和化学传感器相结合的

技术介绍
分子识别是指受体(主体)对底物(客体)的选择性键合并产生某种特定功能的 过程。分子识别的概念最初起源于人们对生命过程中的酶与底物、蛋白质与核酸、激素与受 体、抗原与抗体间相互作用的研究。随着生命科学技术的崛起，许多从生物体提取的酶和抗 体被用于生物传感，相应的生物传感器也已经在临床检验、药物分析、基因诊断、癌症治疗 以及环境监测等领域得到应用。然而，环境要求苛刻、保质期短、制作成本高等因素均成为 生物传感器不可忽视的"硬伤"。近年来，集高分子材料科学、分析化学、生命科学、生物工 程等众多学科优势发展起来的分子印迹技术(Molecularly Imprinted Technology, MIT)则是从仿生学角度出发，采用人工合成的方法获得在空间和结合位点上与某一特定分子 (印迹分子、模板分子)完全匹配，能够特异性结合该特定分子的高分子材料，从而实现分 子识别，最终应用于分子识别传感器。所得到的分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers, MIPs)又被称为"塑料抗体"，即具有与天然抗体同样的识别性能与选择性，又具 有和高分子同样的高稳定性及耐候性，因而更具有实际应用价值。 从分子印迹聚合物到分子识别传感器，印迹聚合物的固定化是关键步骤。传统的 涂膜法虽然也能达到聚合物在传感器件表面成膜的效果，但手工涂膜难以达到均匀平整， 膜厚不可控且极易在检测过程中脱落，这些不利因素均使涂膜法制备的分子识别传感器检 测重现性、稳定性较不理想，传感器保质期较短。随着高分子合成技术的发展，原位接枝聚 合技术被应用于印迹聚合物在传感器表面的固定。该法使印迹聚合物和传感器件之间形成 稳定的共价结合，所成印迹膜多为纳米超薄膜，膜厚均一，有良好的分子识别传感效果。但 原位接枝法所采用的可控自由基聚合反应ATRP和RAFT限制了合成原料的选择，复杂的催 化引发体系、苛刻的反应条件也必然导致原位接枝法所制备的分子识别传感器难以广泛应 用。较之前两种涂膜法和原位接枝法技术，电沉积法所成膜膜厚均一可控、基材附着力优、 耐候性好。电沉积技术工业上又称为"电泳"，目前已经广泛应用于汽车和各类金属器件的 涂装。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种分子识别传感器的制备方法。针对现有分子识别传感器制备 技术上的缺陷，以及多数传感器成本昂贵且难以长效重复使用的现状，本专利技术提供了一种 简便可控的方法，即通过电沉积法，使离子型光敏共聚物的印迹组装胶束在传感器电极表面成膜，从而构筑分子识别传感器。 本专利技术的另一目的还在于选用不同的模板分子可使自组装离子型光敏共聚物溶 液丰富可识别分子的种类，达到一种离子型光敏共聚物可识别多种分子的效果，通过离子 型光敏共聚物及其胶束溶液终浓度或电沉积工艺条件具体调控印迹膜的性质，最终建立聚 合物结构性质与其所成分子识别传感器之间的"桥梁"关系。 实现本专利技术目的的技术方案，通过离子 型光敏共聚物的溶液自组装得到包覆模板分子的印迹胶束，再采用恒电位电沉积使胶束在 电极表面成膜，紫外辐照交联，洗脱模板分子，得到分子印迹胶束膜修饰电极，该修饰电极 具有分子识别能力，与计算机连接后成为专一识别模板分子的分子识别传感器；步骤为 (1)离子型光敏共聚物溶液的配制将离子型光敏共聚物溶解于良溶剂中，配制 固含量为0.5% 60%的离子型光敏共聚物溶液，良溶剂选择二甲基甲酰胺、二甲基亚 砜、二氧六环、四氢呋喃、丙酮、异丙醇、丁醇、甲醇、乙二醇丁醚、乙腈中的一种或两种混合 的溶剂；加入酸或碱调节离子型光敏共聚物溶液pH值为2 5或8 12，所用酸选用盐 酸、乙酸、甲酸、乳酸、丙酸、丁酸、硫酸、甲烷磺酸、乙烷磺酸、羟基乙烷磺酸或羟基丙烷磺 酸；所用碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或氨水； (2)自组装制备包覆模板分子的离子型光敏印迹胶束在步骤(1)配制的溶液中 加入模板分子，模板分子加入量为离子型光敏共聚物质量的2% 30%，搅拌使模板分子 充分溶解并和离子型光敏共聚物络合；搅拌下缓慢滴加离子型光敏共聚物的不良溶剂超纯 水至溶液体积为初始体积的1. 5 4倍，使离子型光敏共聚物发生微相分离，自组装并包覆 模板分子形成离子型光敏印迹胶束溶液，继续匀速搅拌5 12小时，使离子型光敏共聚物 组装完全；将该离子型光敏印迹胶束溶液逐滴加入其5倍体积的超纯水中使胶束稳定，搅 拌3 5小时后通过透析法置换出良溶剂，或者采用挥发法蒸出良溶剂，用超纯水定容得到 质量浓度0. 1% _30%离子型光敏印迹胶束溶液； (3)胶束电沉积成膜用Piranha溶液(98% H2S04 : 30% H202体积比3 : 1)浸泡 电极，然后依次用超纯水、无水乙醇超声；将该预处理的电极浸入离子型光敏印迹胶束溶液 中，通过施加一个恒电位，使荷电的印迹胶束向电极表面泳动并电沉积成膜；紫外光辐照， 固定胶束膜结构； (4)模板分子的洗脱将电沉积后的电极浸泡于极性溶剂中，搅拌1 36小时，取出电极用超纯水反复冲洗，得到不含模板分子的离子型光敏印迹胶束电沉积膜修饰电极；极性溶剂选择以下一种或两种混合溶剂水、乙酸、乙醇、甲醇、乙腈、N' N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸乙酯，混合溶剂中两种溶剂的体积比为1 : 1 1 : 9; (5)组装分子识别传感器该离子型光敏印迹胶束电沉积膜修饰电极与计算机连接后即为分子识别传感器。 所述的模板分子选用食品安全检测、生物制药或环境监测领域的常见分子，食品 安全检测选用抗生素、激素、苏丹红、三聚嗪胺、甲醛或咖啡因；生物制药选用葡萄糖、肾 上腺素、多巴胺、抗坏血酸、嘌呤碱基、嘧啶碱基、DNA、蛋白质或氨基酸；环境监测选用甲 醛、百草枯或呕吐毒素。 所述的电极是传感设备的电极，电极表面材质是具有导电性的材料金、钼、玻碳、 不锈钢、马口铁或IT0玻璃。 该传感器采集分子信号并将这些信号转变为电信号、质量信号、基材震动频率信 号、光谱信号等为计算机所识别。 所述的离子型光敏印迹胶束溶液，其模板分子与离子型光敏共聚物之间具有氢键 作用、静电作用、配位作用中的一种或几种。 所述的胶束电沉积，所施加的恒电位与离子型光敏印迹胶束荷电相反，电沉积工 艺条件为恒电位值0. IV 60V，电沉积时间5s 10min。 改变离子型光敏印迹胶束终浓度或电沉积工艺条件，调节电极表面印迹胶束电沉 积膜的厚度和致密度，从而控制分子识别传感器的检测范围和灵敏度。 分子识别传感器的应用该传感器可识别的分子即为制备过程中选用的模板分子 (印迹分子)，具有专一选择性。使用时，将此分子识别传感器与计算机连接，其电极接触含 有模板分子的测试液。离子型光敏共聚物的制备由光敏单体、离子型单体、疏水单体共聚得到。 所用光敏单体选自 7-(4_乙烯基苄氧基)_4-甲基香豆素、2_肉桂酸酰氧乙基-(甲基)丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分子识别传感器的电沉积制备方法，其特征在于通过离子型光敏共聚物的溶液自组装得到包覆模板分子的印迹胶束，再采用恒电位电沉积使胶束在电极表面成膜，紫外辐照交联，洗脱模板分子，得到分子印迹胶束膜修饰电极，该修饰电极具有分子识别能力，与计算机连接后成为专一识别模板分子的分子识别传感器；步骤为：（１）离子型光敏共聚物溶液的配制：将离子型光敏共聚物溶解于良溶剂中，配制固含量为０．５％～６０％的离子型光敏共聚物溶液；良溶剂选择：二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、四氢呋喃、丙酮、异丙醇、丁醇、甲醇、乙二醇丁醚、乙腈中的一种或两种混合的溶剂；加入酸或碱调节离子型光敏共聚物溶液ｐＨ值为２～５或８～１２；所用酸选用：盐酸、乙酸、甲酸、乳酸、丙酸、丁酸、硫酸、甲烷磺酸、乙烷磺酸、羟基乙烷磺酸或羟基丙烷磺酸；所用碱选用：氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或氨水；（２）自组装制备包覆模板分子的离子型光敏印迹胶束：在步骤（１）配制的溶液中加入模板分子，模板分子加入量为离子型光敏共聚物质量的２％～３０％，搅拌使模板分子充分溶解并和离子型光敏共聚物络合；搅拌下缓慢滴加离子型光敏共聚物的不良溶剂超纯水至溶液体积为初始体积的１．５～４倍，使离子型光敏共聚物发生微相分离，自组装并包覆模板分子形成离子型光敏印迹胶束溶液，继续匀速搅拌５～１２小时，使离子型光敏共聚物组装完全；将该离子型光敏印迹胶束溶液逐滴加入其５倍体积的超纯水中使胶束稳定，搅拌３～５小时后通过透析法置换出良溶剂，或者采用挥发法蒸出良溶剂，用超纯水定容得到质量浓度０．１％－３０％离子型光敏印迹胶束溶液；（３）胶束电沉积成膜：用９８％Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］∶３０％Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］体积比３∶１的Ｐｉｒａｎｈａ溶液浸泡电极，然后依次用超纯水、无水乙醇超声；将该预处理的电极浸入离子型光敏印迹胶束溶液中，通过施加一个恒电位，使荷电的印迹胶束向电极表面泳动并电沉积成膜；紫外光辐照，固定胶束膜结构；（４）模板分子的洗脱：将电沉积后的电极浸泡于极性溶剂中，搅拌１～３６小时，取出电极用超纯水反复冲洗，得到不含模板分子的离子型光敏印迹胶束电沉积膜修饰电极；极性溶剂选择以下一种或两种混合溶剂：水、乙酸、乙醇、甲醇、乙腈、Ｎ’Ｎ－二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸乙酯，混合溶剂中两种溶剂的体积比为１∶１～１∶９；（５）组装分子识别传感器：该离子型光敏印迹胶束电沉积膜修饰电极与计算机连接后...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓亚，杨逸群，易成林，江金强，刘仁，张胜文，徐晶，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]