碳點基熒光印跡聚合物選擇性檢測牛血紅蛋白

呂飄飄 謝丹丹 張朝暉

摘 要 以熒光碳點為載體，3-氨丙基三乙氧基硅烷為功能單體，正硅酸乙酯為交聯劑，牛血紅蛋白為模板分子，采用溶膠-凝膠法制備出對牛血紅蛋白具有高選擇性識別性能的新型熒光印跡聚合復合材料（CDs@MIP）。采用紅外光譜（IR）和掃描電子顯微鏡（SEM）對聚合物進行表征，結果表明，分子印跡聚合物包覆在熒光碳點表面，印跡因子為4.60。此CDs@MIP對牛血紅蛋白具有高選擇性，相對于卵清蛋白、牛血清蛋白、人血清蛋白的選擇因子分別為4.38、4.73和3.66。在最佳條件下，此CDs@MIP對牛血紅蛋白的響應線性范圍為0.1～10.0 μmol/L，檢出限為23.0 nmol/L。將此CDs@MIP用于牛血液樣品中牛血紅蛋白的測定，回收率為99.0%～102.5%。

關鍵詞 分子印跡； 牛血紅蛋白； 熒光碳點

1 引 言

分子印跡技術是在交聯劑作用下使模板分子與功能單體通過共價或非共價等作用形成聚合物，脫除模板分子后在聚合物材料上留下與模板分子大小、形狀和官能團都互補的三維空穴結構的新技術[1]。印跡聚合物具有穩定性高和選擇識別性能高等優點[2]。熒光型分子印跡聚合物結合了熒光檢測技術的高靈敏度和分子印跡聚合物的高選擇性，在復雜基質中檢測痕量物質展現出明顯優勢[3]。目前，制備熒光分子印跡聚合物主要有兩種：一種是采用熒光型功能單體[4]，但這類功能單體的制備過程通常比較復雜；另一種方法是將熒光納米粒子，如半導體量子點[5]和上轉換納米粒子[6]等包裹在分子印跡聚合物中，其制備過程相對簡便。目前，熒光印跡聚合物已經成功用于檢測溶菌酶[7]、四環素[8]、色氨酸[9]等，但是絕大部分研究都是采用半導體量子點為熒光源，這些基于重金屬合成的半導體量子點對人和環境的毒害較大[10]。因此，探索簡便、綠色的新型熒光印跡聚合物制備方法非常重要。

熒光碳點（CDs）是一種新型碳材料量子點[11～13]。相較于傳統的半導體量子點和有機染料，碳點具有低毒性、生物相容性、抗光漂白性、易于合成和功能化等優點，但未經修飾的碳點通常量子產率低[14]。研究者開發了化學還原法[15]、光化學還原[16]、碳點表面鈍化[17]和碳點表面修飾[18]等技術提高碳點量子點產率；而基于熒光碳點的分子印跡聚合物也已成功制備，并應用于環境污染物[19，20]、金屬離子[21]、生物分子[22～25]等的檢測，而關于碳點的蛋白印跡聚合物的研究還比較少。

本研究首先通過水熱法合成裸CDs，然后用聚乙烯亞胺修飾CDs，通過溶膠-凝膠反應固定CDs于BHb印跡層中。制備得到的熒光印跡聚合物（CDs@MIP）結合了碳點優良的熒光性能和分子印跡技術的高選擇性，為蛋白檢測提供了高選擇性和高靈敏度的快速檢測方法。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

SIGMA HD場發射掃描電子顯微鏡（德國蔡司公司）；Nicolet iS10 型傅里葉變換紅外光譜儀（美國尼高力公司）；F-7000熒光光譜儀 （日本日立公司）；

UV-2550紫外-可見分光光譜儀、LC2010AHT高效液相色譜（日本島津公司）。

牛血紅蛋白（BHb）、牛血清白蛋白（BSA）、卵清蛋白（OVA）和人血清蛋白（HSA）購自Sigma公司；抗壞血酸（Ascorbic acid）、聚乙烯亞胺（PEI）、3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）、四乙氧基硅烷（TEOS）、 Triton X-100 （Tri，純度>99%）、氨水溶液（NH3·H2O，25%～28%， w/V）購自北京夢怡美生物科技有限公司。肝素鈉抗凝牛血液購自鴻泉生物科技有限公司。其它試劑均為分析純；實驗用水為二次蒸餾水。

3.2 熒光印跡聚合物性能

3.2.1 溶液pH值影響 溶液的pH值可能會影響印跡聚合物的熒光性質和BHb的三維結構以及電荷分布，因此測定在不同pH值下CDs和CDs@MIP的熒光強度以及牛血紅蛋白對CDs@MIP和CDs@NIP的猝滅效應。如圖5A所示， pH值在5.0～ 8.0的范圍內，CDs@MIP的熒光強度幾乎不變； 當pH=9.0時，CDs@MIP的熒光強度明顯降低。這是由于CDs@MIP的熒光都源于熒光碳點，而碳點的熒光在較強堿性條件下減弱[26]。如圖5B所示，CDs@MIP和CDs@NIP的最大猝滅效應都發生在溶液pH=7.0時。當pH>7.5時，印跡的硅層會電離，模板蛋白和印跡位點作用力會減弱[27]。選擇0.2 mol/L PBS（pH 7.0）作為最佳熒光檢測條件。

4 結 論

以聚乙烯亞胺修飾后的熒光碳點為熒光源和載體，采用溶膠-凝膠法制備了高靈敏度和高選擇性的熒光牛血紅蛋白印跡聚合物。在優化的檢測條件下，此熒光印跡聚合物成功應用于實際樣品中牛血紅蛋白的選擇性識別和檢測。本方法具有制備條件溫和、過程簡便、檢測速度快、靈敏度高等優點，為復雜環境中蛋白快速靈敏檢測提供了新方法。

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Abstract A novel fluorescent imprinted polymer （CDs@MIP） with selective recognition of hemoglobin was prepared by the

sol-gel method using fluorescent carbon dots as the carrier material， 3-aminopropyltrieth-oxysilane as the functional monomer， tetraethoxysilane as the crosslinking agent and bovine hemoglobin as template molecule. The results of IR and scanning electron microscopy showed that the molecularly imprinted polymer was coated on the surface of fluorescent carbon dots. The CDs@MIP showed selective recognition properties for bovine hemoglobin with an imprinting factor of 4.60. Also the adsorption ability and specific recognition performance of CDs@MIP were investigated， and it was found that the CDs@MIP had high selectivity toward bovine hemoglobin， and the selection factors for ovalbumin， bovine serum albumin and human serum albumin were 4.38， 4.73 and 3.66， respectively. Under the optimal conditions， the linear range of CDs@MIP for bovine hemoglobin was 0.1-10.0 μmol/L and the detection limit was 23.0 nmol/L. The CDs@MIP was successfully used for the determination of bovine hemoglobin in bovine blood samples with recoveries of 99.0%-102.5%.

Keywords Molecular imprinting； Bovine hemoglobin； Fluorescent carbon dots

（Received 13 November 2017； accepted 30 March 2018）