電位誘導法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學傳感器

陳娟娟

樂山職業技術學院新能源工程系，四川樂山 614000

電位誘導法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學傳感器

陳娟娟

樂山職業技術學院新能源工程系，四川樂山 614000

采用電位誘導法洗脫制備殼聚糖分子印跡電化學傳感器，洗脫效果良好。

電位誘導法；殼聚糖；分子印跡；電化學傳感器

殼聚糖(Chitosan， CTS)是地球上僅次于植物纖維的第二大物資源。其分子中含有大量氨基，pKa為6.3[1，2]。在pH低于pKa時，大部分氨基被質子化，使殼聚糖成為一種水溶性的聚電解質。當pH上升至pKa以上時，氨基去質子化，殼聚糖變為不可溶。殼聚糖水凝膠可以通過H2O的電還原消耗質子沉積到電極表面，與電極緊密結合并保持原有的性質。Luo等[3]在此基礎上研制了一系列基于電沉積殼聚糖膜的生物傳感器。傳統采用乙腈、水等高極性溶劑反復洗滌MIPs的洗脫方法往往過于激烈不適用于成品傳感器的洗脫再利用。本文使用電位誘導法洗脫制備洗脫方法柔和效果理想。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

CHI630A型電化學工作站 (上海辰華儀器有限公司)；三電極系統:分子印跡膜/玻碳電極為工作電極，鉑絲電極為對電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極；S-3500N掃描電子顯微鏡 (日本Hitachi公司)。殼聚糖 (脫乙酰度≥90%) 購自德國Sigma Aldrich有限公司；敵百蟲(Trichlorfon， AR， 99%)、Ru(NH3)6Cl3 (Hexaammineruthenium(III) chloride，AR， 99%) 均購自北京迪科馬科技有限公司。1.7mmol/L Ru(NH3)6Cl3的0.1mol/ LKCl溶液為背景溶液。

1.2 殼聚糖分子印跡電化學傳感器的制備

取一定量殼聚糖固體于稀鹽酸溶液中超聲30min溶解，用NaOH溶液調節pH后，逐滴加入已在飽和KCl溶液中陰離子化16h的敵百蟲溶液，攪拌配制成含敵百蟲模版分子的質子化殼聚糖電化學沉積液。將三電極系統移入上述溶液中，在-1.4V(vs.SCE，下同)下恒電位沉積2min，用水淋洗，再將電極浸于2.5%戊二醛溶液中，20min后取出，用水迅速淋洗。此電極于0.01mol/L KCl溶液中施加+0.7V電位處理三次，每次3min，以除去模板分子，則制備成殼聚糖分子印跡電化學傳感器。在相同條件下，用不含敵百蟲的電化學沉積液制備非印跡電極，用作對照。

2 結果與討論

2.1 分子印跡沉積層的形成

如下圖所示，電沉積過程中，隨著電沉積時間的增加，電極表面沉積層厚度增加，電極導電能力逐漸降低，電流響應受到抑制，i-t曲線呈逐步下降趨勢。圖1a為電極在含陰離子化的敵百蟲的殼聚糖溶液中以-1.4V恒電位沉積2min的i-t曲線，圖1b為不含模板分子的i～t曲線。a和b進行比較，有無模板分子存在，i～t曲線均光滑趨于平緩，無較大不同，因此可以推斷電沉積過程中，無電化學活性的敵百蟲分子結構沒有發生改變，從而保證了印跡電極識別位點的均勻性。

圖1 電化學沉積i-t曲線

以循環伏安法(CV)對印跡傳感器進行表征以考察沉積層的結構，結果隨著掃描圈數的增大，循環伏安曲線逐漸向外擴張，至一定程度信號不再增大，200圈時已經達到穩定不再變化，且穩定信號與裸電極相比明顯降低。表明電極表面形成了相對致密的Tri--CTS沉積層在電勢差的驅動下，探針分子逐步通過膜內三維結構形成的通道和識別孔穴到達玻碳電極表面，發生還原氧化。而層內互補孔隙的數量是有限且一定的，故最終電流信號達到穩定值。作為對照，沉積后電極不經交聯直接進行循環伏安掃描，CV圖無逐步外擴的過程，且信號變化與裸電極相比信號變化不明顯，說明沉積后，經過低濃度戊二醛溶液較短時間的固定化交聯，沉積中聚合物分子可能在玻碳電極表面發生了重組至一個有序網狀的空間結構狀態的過程，使膜變得更加致密均勻，性能更好。

2.2 電位誘導洗脫模板分子

為了討論施加一定電位對模版分子的影響，本文測試了不同電位下，模版分子的洗脫狀況。實驗表明，負電壓不能將模板分子洗脫，可能是由于負電壓下引發形成的聚合物對負電位穩定。正電位則可通過改變質子化殼聚糖與陰離子化敵百蟲作用的微環境而降低兩者之間的結合力，迫使陰離子化的敵百蟲從大分子殼聚糖內部離開。過低的正電位洗脫速度慢耗時長；過高電壓則會使聚合膜與玻碳電極之間的結合受到損壞而導致膜脫離電極表面。而實驗中于工作電極上施加+0.7V電壓，以洗脫模板分子效果最佳。結果表明處理3次每次3min后，CV圖基本不再變化，模板分子已基本洗脫完全。這可能是由于一定時間內+0.7V電壓不足以破壞殼聚糖膜與玻碳電極之間結合性能的，膜的性質不改變。改變印跡分子與基體之間的作用力后，陰離子型的敵百蟲分子與水結合的驅動力顯著大于與質子化的殼聚糖，Tri-溶入水中從而實現了敵百蟲模板分子的洗脫。殼聚糖基體中留下了陰離子化敵百蟲模板分子的孔穴。陰離子化敵百蟲響應后，識別位點被部分占據，氯化釕六胺絡合物的傳質過程受到一定程度的阻礙，表現出氧化還原電流強度的相對減弱。各電極的表面狀態可如圖2SEM圖表征，交聯并洗脫后電極表面較之于直接晾干或者交聯未洗脫的的SEM 圖疏松。

圖2 SEM 圖

3 結語

結合電化學手段和分子印跡技術，制備了可用于敵百蟲檢測的分子印跡電化學傳感器。通過對電極沉積電位、沉積時間、交聯時間和洗脫方法等制備條件的考察，制備出的電化學傳感器對目標分子敵百蟲電化學響應較好。并通過對電極電化學響應的研究，初步探討了電極制備和響應機理。

[1] 蔣挺大.甲殼素[M].北京:化學工業出版社, 2003:168-194

[2] P.Sorlier, A.Denuziere, C.Viton, A.Domard.Relation between the Dearee of Acetylation and the Electrostatic Properties of Chitin and Chitosan[J].Biomacromolecules, 2001, 2:765-772

[8] X.Luo, J.Xu, Y.Du, H.Chen.A glucose biosensor base on chitosan-glucose oxidase-gold naonoparticales biocomposite formed by one-step electrodeposition[J].Analytical Biochemistry, 2004, 334:284-289

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.13.014

陳娟娟（1986-），女，安徽安慶人，樂山職業技術學院助教，研究方向為環境與生物分析化學、化學化工科技英語。