探討分子印跡電化學傳感器對雙酚A的檢測

鄭巧利 王恩強

(1.同濟大學浙江學院，浙江 嘉興 314051； 2.上海摩威環境科技股份有限公司，上海 200000)

探討分子印跡電化學傳感器對雙酚A的檢測

鄭巧利1王恩強2

(1.同濟大學浙江學院，浙江 嘉興 314051； 2.上海摩威環境科技股份有限公司，上海 200000)

利用分子印跡技術(MIT)，以雙酚A(BPA)為模板分子，鄰氨基苯硫酚(ATP)為功能單體，通過自組裝和電聚合方法制備雙酚A分子印跡聚合膜電化學傳感器，采用循環伏安法和交流阻抗法進行表征，并用于雙酚A的檢測，該研究結果為電化學聚合法制備分子印跡聚合膜，根據功能單體與模板分子的相互作用正確選擇功能單體提供了理論基礎。

分子印跡技術，雙酚A，鄰氨基苯硫酚，交流阻抗

分子印跡技術(MIT)是采用人工方法制備具有特定空間結構空穴，對印跡分子或模板分子具有專一性結合作用的分子印跡聚合物(MIP)的技術。分子印跡電化學傳感器[1]是將分子印跡技術應用于電化學傳感器，制備具有特定空穴的聚合膜修飾電極用于目標分子的特異性選擇和檢測。采用自組裝或電聚合法[2]可以在電極表面修飾分子印跡聚合膜，這種方法制備的聚合膜較薄且方法簡單，常用的功能單體有氨基苯硫酚和3,4-乙烯二氧噻吩等。

雙酚A是一種典型的環境內分泌干擾物[3]，能夠對動物和人體的內分泌系統產生不利的影響，會造成雄性生殖細胞損傷，精子數目減少，使人體免疫功能下降，增加癌癥發病率[4]。人體接觸微量的雙酚A，通過富集作用會對健康造成潛在的危害，因此建立一種快速有效地對痕量雙酚A進行檢測的方法十分重要。本文利用分子印跡電化學傳感器技術，采用自組裝和電聚合相結合的方法，以雙酚A(BPA)為模板分子，鄰氨基苯硫酚(ATP)為功能單體，制備雙酚A分子印跡聚合膜修飾電極，采用循環伏安法和交流阻抗法對修飾電極進行表征，并將該修飾電極用于雙酚A的檢測。

1 儀器和試劑

CHI 660D電化學工作站；Ag/AgCl參比電極、鉑絲對電極、玻碳電極；微量進樣器；pH測試儀；超聲波清洗器。雙酚A(BPA，99%)、鄰氨基苯硫酚(ATP，98%)、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、氫氧化鈉、鐵氰化鉀、氯化鉀、三水合四氯金酸(HAuCl4·3H2O)、無水乙醇，以上試劑均為分析純。

2 實驗方法

2.1 修飾電極的制備

將玻碳電極在含有0.05 μm 氧化鋁懸浮液的麂皮上打磨拋光，清洗后浸入0.2 mmol/L HAuCl4溶液中，在-0.2 V電壓下電沉積180 s。然后放入新鮮的Piranha溶液(H2SO4∶H2O2=7∶3)中浸泡5 min，取出后用超純水沖洗干凈后吹干，即得到金納米粒子修飾玻碳電極(AuNP/GCE)。

將金納米粒子修飾電極浸入10 mmol/L ATP溶液中，密封后室溫放置24 h，ATP的巰基鍵(—SH)與Au通過Au—S鍵合，使ATP在電極表面進行自組裝[5]。然后再浸入到5 mmol/L BPA溶液中放置12 h，雙酚A通過氫鍵和電極上的ATP接合。取出電極用乙醇和超純水沖起干凈后放入含5 mmol/L ATP和2 mmol/L BPA的PBS支持電解液中，在-0.2 V～0.6 V的電壓范圍下進行循環伏安掃描7圈，在電極表面合成鄰氨基苯硫酚聚合膜(PATP-AuNP/GCE)。最后將電極浸泡在稀鹽酸溶液中24 h，洗脫模板分子雙酚A，制成雙酚A分子印跡聚合膜修飾電極(MIP-PATP-AuNP/GCE)。

2.2 電化學檢測

在5 mmol/L鐵氰化鉀溶液中采用循環伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)對電極進行表征，并采用交流阻抗法檢測雙酚A。循環伏安掃描速率為50 mV/s，電壓-0.2 V～0.6 V；交流阻抗頻率1 Hz～105Hz，電壓0.25 V。

3 結果與討論

3.1 鄰氨基苯硫酚電聚合過程

鄰氨基苯硫酚在金納米粒子修飾玻碳電極上的電聚合過程如圖1所示。由圖可見鄰氨基苯硫酚在電極上產生明顯的氧化峰，而沒有反向還原峰，說明其氧化是個完全不可逆過程。循環伏安第一圈的氧化峰電流最大，氧化峰電位0.177 V；然后峰電流逐漸減小到最后幾乎看不到氧化峰，這是因為鄰氨基苯硫酚發生電聚合，在電極表面形成致密的導電性能弱的聚合膜。

3.2 修飾電極的電化學表征

在5 mmol/L鐵氰化鉀溶液中，采用循環伏安法和交流阻抗法考察裸玻碳電極、金納米粒子修飾玻碳電極、鄰氨基苯硫酚聚合膜修飾電極和雙酚A分子印跡聚合膜修飾電極的電化學行為。如圖2a)所示，金納米粒子修飾電極的峰電流(a)與裸玻碳電極(b)相比有所增大。鄰氨基苯硫酚聚合膜修飾電極的峰電流(c)減小，是因為鄰氨基苯硫酚聚合膜阻礙了電極表面電子傳遞；雙酚A分子印跡聚合膜修飾電極峰電流(d)又變大，是因為模板分子洗脫后，電極表面聚合膜上形成了分子印跡識別空穴，鐵氰化鉀可以通過空穴與電極表面接觸[6]。

如圖2b)所示，裸玻碳電極(a)和金納米粒子修飾玻碳電極(b)的交流阻抗圖幾乎呈一條直線。鄰氨基苯硫酚聚合膜修飾電極(c)的阻抗很大，這是因為聚合膜導電性能低，阻礙了電極表面電荷傳遞。雙酚A分子印跡聚合膜修飾電極(d)阻抗又減小，是因為洗脫模板分子后形成分子印跡空穴，增加了電荷傳遞速率，降低了阻抗。

3.3 修飾電極對雙酚A的檢測

分別配制濃度為0.05 μmol/L，0.1 μmol/L，0.2 μmol/L，0.5 μmol/L，1 μmol/L的雙酚A標準溶液，將上述制備好的雙酚A分子印跡聚合膜修飾電極依次浸入到雙酚A標準溶液中，放置10 min充分吸附后取出，在鐵氰化鉀溶液中采用交流阻抗(EIS)法間接測定雙酚A。經過多次重復實驗，結果都顯示隨著雙酚A濃度增加，交流阻抗數值增大，說明修飾電極表面吸附雙酚A分子后空穴減少，但與BPA濃度不呈線性關系，結果如圖3所示。該結果表明以鄰氨基苯硫酚為功能單體制備雙酚A分子印跡聚合膜修飾電極，采用交流阻抗法對雙酚A進行定量測定還需要進一步研究。

對出現該結果的原因進行了分析，是因為雙酚A具有電活性，在鄰氨基苯硫酚電聚合過程中雙酚A也發生電化學氧化反應，導致洗脫過程中不能使雙酚A有效地洗脫下來，不能形成與目標分子完全匹配的空穴。因此在進行分子印跡聚合膜制備時，要根據目標分子的特性合理選擇功能單體，合理確定制備分子印跡聚合膜的方法。

4 結語

利用分子印跡技術通過自組裝和電聚合法制備雙酚A分子印跡聚合膜電化學傳感器，采用循環伏安法和交流阻抗法對修飾電極進行了電化學表征，并用于雙酚A的檢測。由于雙酚A具有電活性，采用電聚合法制備聚合膜的過程中，作為模板分子的雙酚A在功能單體發生聚合的電壓范圍內也發生電化學反應，導致對雙酚A進行洗脫時，分子印跡聚合膜的空穴與目標分子不匹配，造成無法對雙酚A進行定量測定。該實驗結果為電化學聚合法制備分子印跡聚合膜、研究模板分子與功能單體相互作用、綜合考慮模板分子的特性選擇合適的功能單體，提供了一定的理論基礎和實驗參考。

[1] 陳志強,李建平,張學洪.分子印跡電化學傳感器敏感膜體系的構建及其研究進展[J].分析測試學報,2010,29(1):94-104.

[2] XIE C G, LI H F, LI S Q,et al.Surface molecular self-assembly for organophosphate pesticide imprinting in electropolymerized poly(p-aminothiophenol) membranes on a gold nanoparticle modified glassy carbon electrode[J].Analytical Chemistry,2010,82(1):241-249.

[3] 吳虓飛,張育輝.酚類環境雌激素對生殖及其發育機制的研究進展[J].毒理學雜志,2005,19(1):55-57.

[4] SAFE S H.Endocrine disruptors and human health-Is there a problem? An update[J].Environmental Health Perspectives,2000,108(6):487-493.

[5] TEDIM J,GONCALVES F,PEREIRA M F R,et al.Preparation and characterization of poly[Ni(salen)(crown receptor)]/multi-walled carbon nanotube composite films[J].Electrochimica Acta.,2008(53):6722-6731.

[6] 張 進,徐 嵐,王亞瓊,等.基于分子印跡聚合膜的雙酚A電化學傳感器[J].分析化學,2009,37(7):1041-1044.

Study on electrochemical sensor for Bisphenol A based on molecularly imprinted technique

ZHENG Qiao-li1WANG En-qiang2

(1.TongjiUniversityZhejiangCollege,Jiaxing314051,China;2.MolwayEnvironmentalScienceandTechnologyCo.,Ltd,Shanghai200000,China)

Electrochemical sensor for Bisphenol A(BPA)based on Molecularly Imprinted Technique (MIT) was prepared by the approach of self-assembly and electropolymerization using BPA as template molecule and 2-aminothiophenol (ATP) as functional monomer. Cyclic Voltammograms (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were employed to probing the features of the modified electrode. This results provided a theoretical basis for the correctly selecting functional monomer and template molecule to establish molecular imprinted polymers using electropolymerization.

Molecularly Imprinted Technique(MIT), BPA, ATP, Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)

1009-6825(2014)30-0198-02

2014-07-14

鄭巧利(1986- )，女，助教； 王恩強(1985- )，男，助理工程師

O657.1

A