分子印跡技術在新煙堿類農藥殘留分析中的應用研究進展

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(1.河北工程大學,河北邯鄲 056000;2.中國農業科學院蔬菜花卉研究所,農業農村部蔬菜質量安全控制重點實驗室,北京 100081;3.中國農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所,北京 100081)

新煙堿類殺蟲劑是一類昆蟲乙酰膽堿受體激動劑,主要由雜環基團、橋鏈、含硝基的功能基團和取代基團構成[1],繼有機磷類、擬除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類之后開發出來的。具有譜廣、用量低、內吸傳導性好、作用機制新穎、環境相容性高和與其他傳統類殺蟲劑無交互抗性等優點[2-3],近年來得到了廣泛應用。目前市場化的有吡蟲啉(Imidacloprid)、噻蟲啉(Thiacloprid)、呋蟲胺(Dinotefuran)、噻蟲胺(Thioprolamine)、噻蟲嗪(Thiamethoxam)等。2013年歐盟修改了吡蟲啉、噻蟲胺、噻蟲嗪在蔬菜水果中最大殘留限量標準(MRLs)[4]。其中吡蟲啉在水果和根莖蔬菜MRLs為1 mg/kg、噻蟲嗪在甘藍、生菜中MRLs為5 mg/kg、葉狀蔬菜中噻蟲胺的MRLs為2 mg/kg。

新煙堿類農藥雖是高效殺蟲劑,但對高等動物具有選擇性低毒。過度使用,新煙堿類農藥殘留對人類和環境造成的危害引起了人們的重視。目前,新煙堿類農藥殘留常規檢測方法有氣相色譜(GC)、高效液相色譜(HPLC),氣相色譜串聯質譜或液相色譜串聯質譜[5-7],但這些常規檢測費時耗力,過度依賴儀器,難以小型化,不適合現場檢測;快速檢測法有免疫法[8]、電化學傳感器方法等。但免疫法易受外界條件影響,檢測結果不準確,易出假陽現象,電化學傳感器檢測特異性較差。

分子印跡技術是模擬“抗原-抗體”的原理,是指為獲得在空間結構和結合位點上與目標分子(分子印跡)完全匹配的聚合物并將其應用與目標分子(印跡分子)特征識別的實驗技術。分子印跡聚合物是一種高度交聯的三維網狀結構材料。分子印跡技術與新煙堿類農藥殘留檢測結合具有無可比擬的優勢。分子印跡聚合物材料具有耐酸堿、耐高溫、能重復使用,不受外界影響、不存在生物降解問題、對目標物有特異性高容量吸附[9]等優點。分子印跡聚合物對目標物的特異性識別和富集能夠有效解決新煙堿類農藥殘留檢測的特異性差、受基質干擾大的問題,能有效提高檢測效率和結果準確性。本文檢測新煙堿類農藥殘留,以分子印跡聚合物為基礎,敘述了分子印跡聚合物在前處理萃取和傳感器檢測上的應用,并對分子印跡技術進行了討論和展望,為以后新煙堿類農藥的檢測提供了參考。

1 分子印跡聚合物的原理及合成方法

1.1 分子印跡聚合物的合成原理

分子印跡技術是模擬抗原抗體、受體配體等識別體系,制備出空間結構和識別位點與目標物特異性結合的聚合物技術[10-11]。分子印跡聚合物制備過程的三個步驟(圖1):首先模板分子和功能單體在一定比例下混合通過共價鍵或非共價鍵在進行預聚合形成復合物,其次進一步聚合加入交聯劑和引發劑在光或者熱外在條件下反應進行聚合,然后選擇合適的洗脫液進行模板去除,就得到了與目標物形狀大小一致的空穴,空穴里的功能基團與目標物相互作用,賦予了分子印跡聚合物的特異性識別[12]。

圖1 分子印跡聚合物制備過程示意圖Fig.1 Preparation schematic of molecularly imprinted polymers

1.2 分子印跡聚合物的制備方法

分子印跡聚合物的制備方法根據識別位點不同可分為包埋法和表面印跡法。

1.2.1 包埋法 包埋法制備的MIPs的識別位點在聚合物內部,包埋法指的是以沉淀聚合[13]、懸浮聚合[14]、原位聚合[15]、本體聚合[16]合成聚合物的方法。沉淀聚合法是將模板分子、功能單體、交聯劑、引發劑在過量的溶劑中反應析出沉淀物,此法獲得的聚合物一步合成,操作簡單。但是溶劑的量會影響聚合物微球的大小,且溶劑的大量使用不利于保護環境。懸浮聚合法在制備體系中加入分散劑,形成的液滴在水相中或者極性較強的溶劑中懸浮,加入引發劑引發聚合,所制備的聚合物粒徑均勻,不用研磨,材料的利用率高。但是此法的功能單體和模板的結合度不強,聚合物的識別性不好,并且對功能單體的類型有要求。原位聚合法是將制備體系直接在載體上(色譜柱或毛細血管)合成聚合物,聚合物在色譜柱上能富集、識別目標物,直接用于樣品的檢測。但是聚合物的合成過程不容易把握,易導致色譜柱的柱效低,流速慢,色譜柱的使用壽命短。本體聚合是在致孔劑中將模板、功能單體、引發劑、交聯劑按一定的比例混合,充氮除氧后在密閉容器內攪拌,此聚合法操作簡單,對反應條件要求不高,應用廣泛。但是模板分子不易洗脫,結合位點在研磨過程容易破壞,導致吸附性能下降,在惰性氣體真空環境中利用熱引發或光引發制成高純度但產量較低的分子印跡聚合物。

包埋法合成分子印跡聚合物容易操作,過程簡單,使用廣泛。Dong[17]等以本體聚合法合成了以噻蟲胺為模板的分子印跡聚合物,先將功能單體甲基丙烯酸和模板溶于乙腈中,在一定溫度下預聚合,然后加入交聯劑甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)和偶氮二異丁腈(AIBN),在容器內充氮氣除氧聚合,索氏提取法去除模板,研究了聚合物對目標物的吸附性和的特異性并優化了分子印跡固相萃取條件,與HPLC聯用檢測基質中噻蟲胺的含量,通過線性方程、檢出限及回收率都證明了以包埋法制備分子印跡聚合物建立噻蟲胺的檢測方法是可行的。

1.2.2 表面印跡法 表面印跡法是指在通過接枝或包裹在載體或基質(SiO2,Fe3O4)表面引發聚合,使合成分子印跡聚合物識別位點在聚合物的表面或者載體表面的一種方法[18]。與包埋法比較模板易洗脫,并且溶脹系數小、傳質速度快,選擇性高,結合位點不易破壞。表面分子印跡聚合物的合成方法主要有:載體法、載體犧牲法、電聚合法。載體法是指在基質表面通過非共價鍵的方式發生反應,引發聚合,在載體表面形成聚合物膜;載體犧牲法是指通過化學鍵的作用將載體和模板分子結合后,分子印跡的制備體系在適合溶劑下進行預聚合,適當的方法將載體溶解,去除模板分子,合成了結合位點在表面的分子印跡聚合物;電聚合法為表面印跡法之一,將電極置于電解質溶液中通過單體在電極表面的縮合反應生成聚合物,該方法制備過程簡單,通過改變聚合電位和聚合時間能控制聚合物膜的厚度。

電聚合法制備的分子印跡膜在電極表面,除去模板后,形成了結合位點在聚合膜表面。Zhang等[19]合成了識別位點在表面的分子印跡聚合物,以吡蟲啉為模板,對乙烯基苯甲酸(VBA)為功能單體,在石墨烯表面形成均勻的聚合物層,應用到傳感器上。提高了傳感器的穩定性和靈敏度,0.5～15 μmol/L濃度范圍內檢測糙米中吡蟲啉含量,檢出限為0.1 μmol/L由于分子印跡在農藥殘留檢測應用較廣,為了提高更多的結合位點、更大比表面積、更快的傳質速率將其合成方法與新型材料結合。

2 MIT中的新型材料及其在新煙堿類農藥殘留檢測中的應用

新型納米材料具有良好的吸附性、表面活性、催化活性和擴散性,將納米材料和MIT結合,可以改善分子印跡聚合物對目標物的吸附量、提高聚合物的傳質速率和對目標物的特異性選擇。

2.1 MIT在石墨烯材料中的應用

碳材料結構和性質多樣,具有導電性、表面性和界面特性。石墨烯是碳材料的基本單元,一種較硬二維的碳納米平面超薄材料[20],其電阻率小,具有優異的電催化性能和優異的導電性,被廣泛認為是制備化學傳感器和生物傳感器的理想材料。

Xie等[21]檢測糙米中噻蟲嗪含量,基于石墨烯的分子印跡聚合物膜傳感器,以對乙烯基苯甲酸(VBA)為功能單體,噻蟲嗪為模板,通過π-π相互作用將MIPs均勻分布到石墨烯的表面,循環伏安法去除模板后建立了噻蟲嗪分子印跡傳感器,石墨烯提高了傳感器的導電性。通過在糙米中添加不同濃度的噻蟲嗪,結果在表明在0.5～20 μmol/L范圍內呈現向關系,最低檢出限為0.04 μmol/L,石墨烯修飾的分子印跡電化學傳感器和HPLC檢測糙米中噻蟲嗪的含量,兩者的回收率沒有明顯差別。表明石墨烯材料與表面聚合法制備的聚合物,提高了傳感器對噻蟲嗪檢測的特異性識別和靈敏度。

2.2 MIT在碳納米管中的應用

碳納米管[22]是一種新型的一維納米材料,完美的六角型結構,以SP2雜化或與SP3混合雜化為主,拓撲空間結構的一維量子材料,在電學、力學應用廣泛分具有良好的導電性和機械強度。其包括單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管應用到分子印跡聚合物的制備上,改善了分子印跡聚合物的形狀,提高了對目標物的吸附量。

利用碳納米管的導電性,張丹等[23]以吡蟲啉(IMI)為模板溶膠-凝膠法制備的分子印跡聚合物膜修飾硅烷化的多壁碳納米管玻碳電極,檢測蘋果和梨中IMI的含量。多壁碳納米管的導電性和大的比表面積,使得傳感器的電化學響應值明顯增強。結果表明IMI在2.0×10-8～4.0×10-5mol/L線性范圍內最低檢測限為2.0×10-8mol/L,同時在這兩種樣品加入不同濃度的IMI標準品,回收率在均在90.5%～95%。說明了多壁碳納米管作為基底材料增強了吡蟲啉分子印跡的電活性,提高了傳感器的導電性和靈敏度高,同時傳感器有很好的重現性。

由于碳納米管具有強大的C=C雙鍵提高了傳感器的機械強度和響應性能,其中電聚合法制備分子印跡聚合物膜,在電極表面直接成膜,增加傳感器的靈敏度。電聚合法制膜常用的方法有循環伏安法、恒電位沉積法、恒電流法。謝黎明等[24]基于碳納米管修飾的分子印跡聚合物膜構建傳感器,制備IMI、噻蟲嗪(TMX)聚合物膜,戊二醛為交聯劑,利用恒電位沉積法直接形成分子印跡聚合物膜,其中羧基化的碳納米管修飾電極(F-CNTs/GCE)提高了電極的導電性,增加了傳感器的穩定性,提高了傳感器對目標分子特異性識別并且模擬這兩種傳感器的等效電路模型,為新煙堿類的農藥殘留提供了新方法,尤其是對新煙堿類農藥殘留選擇性檢測具有重大意義。

2.3 MIT在磁性納米材料中應用

磁性納米材料引人注目的優點是它的分離能力,在磁性元素里面Fe在常溫下表現出最大的磁性飽和度,被成功的應用到分子印跡技術中。磁性分子印跡聚合物(MMIPs)不僅能特異識別目標物還能在外加磁場的作用下與基質快速分離(圖2右),MMIPs在農藥殘留前處理上已經有廣泛的應用[25-28]。MMIPs是磁性納米顆粒與分子印跡聚合物結合[29-30],操作過程簡單,起到吸附分離的作用。常見的磁性納米顆粒是Fe3O4其合成由Fe2+和Fe3+在堿性溶劑和一定溫度下磁力攪拌合成的超順磁性物質。

被修飾的磁性納米顆粒改善了磁顆粒團聚現象,提高了磁性材料的穩定性,磁顆粒的表面有更多官能團,分子印跡聚合物更容易與此材料結合,擴大了應用范圍。Zhang等[31]使用水熱法制備Fe3O4磁性納米顆粒,并對其進行硅烷修飾得到Fe3O4@SiO2,以Fe3O4@SiO2為磁核,以哌蟲啶(IPP)為模板,甲基丙烯酸為功能單體,乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑以逐層自組裝方式合成了磁性哌蟲啶分子印跡膜,被磁顆粒修飾的MMIPs通過吸附動力學和吸附等溫線及特異性吸附實驗表明分子印跡膜是單分子層結構均勻,吸附能力大對目標物具有特異性吸附。張琬桐等[32]合成了哌蟲啶磁分子印跡聚合物,以哌蟲啶為模板,篩選甲基丙烯酸為最優功能單體,EGDMA為交聯劑,三者最優比例1∶4∶10,合成的磁性聚合物(IPP-MMIPs)對目標分子的吸附量最大,其中圖2A對Fe3O4、Fe3O4@SiO2、IPP-MMIP的磁性能進行了分析,三條磁線圖的趨勢和形狀及原點對稱都是一致的。表明IPP-MMIP在合成后雖然IPP-MMIP材料包覆使磁性減弱但對外部磁場有反應,不存在磁滯現象,且具有超順磁性能重復使用不影響磁分離,圖2B是磁鐵吸附前后的照片,含有IPP-MMIP聚合物的水溶液在外加磁鐵壓力下,60S能迅速與介質分離。吸附等溫線符合Langmuir模型,吸附量為17.305 mg/g,印跡因子為2.05。表明聚合物對哌蟲啶的吸附量大,外在磁場條件下能迅速與溶液分離,縮短分離時間,節省了檢測時間。

圖2 A:a:Fe3O4,b:Fe3O4@SiO2,c:IPP-MMIP的VSM;B:磁分離前后的照片Fig.2 A:VSM images of a:Fe3O4,b:Fe3O4@SiO2 andc:IPP-MMIP;B:Picture before and after magnetic separation

表1 新煙堿類農藥殘留分析前處理方法的比較Table 1 Comparison of pre-treatment methods for the analysis of neonicotinoid pesticide residues

通過對分子印跡技術應用多種增敏材料的總結,新型材料與分子印跡技術結合對檢測新煙堿類農藥殘留很好的應用前景。其中石墨烯、碳納米管有良好的化學穩定性,并有豐富的官能團能,大的比表面積能提高分子印跡聚合物的吸附性;金屬(金、銀、銅、鉑)納米顆粒,能加速分子印跡傳感器的導電率;量子點,能增加印跡材料的光電傳感能力,分子印跡技術中的新型材料為檢測新煙堿類農藥殘留提供了靈感支撐,有很大的應用前景。

3 分子印跡技術在新煙堿類農藥殘留分析中應用

新煙堿類農藥因高效、低毒、作用機制新穎被大量的使用到農業生產中,但其殘留量對環境和人類造成了威脅,農藥的殘留檢測成為人們關注的重點。分子印跡聚合物對目標物有顯著的特異性吸附,被成功的應用到新煙堿類農藥檢測中,大量文獻報道分子印跡技術在新煙堿類農藥殘留的檢測表現出很大的應用前景。

3.1 分子印跡技術在新煙堿類農藥殘留分析前處理中應用

傳統的樣品前處理技術[33]面對復雜基質已經不能滿足當前檢測技術的要求,因分子印跡聚合物具有選擇性高,能很好的特異性識別和吸附目標分子,耐有機溶劑、耐強酸堿、耐高壓高溫等優點[34],能有效彌補傳統樣品前處理方法中的不足。表1是檢測新煙堿類農藥殘留的前處理方法的比較。

由表1可知分子印跡聚合物應用到新煙堿農藥殘留的前處理上,與傳統的前處理方法比較,有較好的回收率和較小的相對標準偏差,分子印跡聚合物的富集和分離作用,降低了基質對檢測的干擾。圖3總結分子印跡材料在萃取技術中不同應用方式[41]。

圖3 不同分子印跡材料在萃取技術中不同應用方式 Fig.3 Different formats of the molecularly-imprintedpolymer(MIP)-based sample-preparation technique.注:A：固相萃取柱;B:纖維固相微萃取;C:管內固相微萃取;D:固相萃取膜;E:攪拌棒吸附萃取;F:磁顆粒;G:針管萃取中的應用。

3.1.1 分子印跡固相萃取(MISPE) 固相萃取吸附劑根據吸附差異將目標物與干擾物分離,用MIPs作為固相萃取填料的方法叫MISPE。MIPs比傳統固相萃取材料C18有較高選擇性萃取富集目標物能力,比免疫親和色譜柱的抗體穩定、成本低。

MISPE具備了SPE簡單實用、應用范圍廣和MIPs選擇性識別大分子物質的優勢。Tang等[38]以IMI為模板,甲基丙烯酸為功能單體(MAA),乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)為交聯劑采用非共價鍵聚合法制備了IMI分子印跡聚合物,將其作為固相萃取吸附劑并裝于固相萃取柱內,同時優化分子印跡固相萃取柱,洗脫液是乙腈∶水其體積比例為4∶1,洗掉干擾物,上樣,甲醇洗脫目標物。MISPE與HPLC結合檢測水樣和土壤中吡蟲啉的含量,水樣加標回收率在87.7%～89.2%,RSD小于7%。

MIPs作為SPE吸附劑能很好的吸附實際樣品中目標物,劉娜等[42]以嘧菌酯、吡蟲啉和噻蟲啉這三種農藥混合作為混合模板,MAA為功能單體,EGDMA為交聯劑,偶氮二異丁腈(NIBA)為引發劑,制備了混合模板的分子印跡聚合物。以索氏萃取法洗脫模板分子,洗脫液是甲醇∶水∶冰乙酸其體積比例為93∶5∶2,將印跡材料制備固相萃取柱并優優化萃取條件,建立了MISPE-LC-MS/MS方法,通過黃瓜樣品驗證方法的準確性,加標回收率在88.5%～94.6%,相對標準偏差在1.6%～2.9%。此方法比侯如燕等[43]用ENVI-18固相萃取柱結合液相色譜檢測黃瓜中吡蟲啉、噻蟲啉農藥的檢測結果更準確、相對偏差更小。證實了MIPs作為SPE吸附劑比其他傳統吸附劑用于實際樣品凈化、吸附性能要好。

楊東冬等[44]以噻蟲啉為模板,MAA為功能單體,EGDMA為交聯劑,NIBA為引發劑制備了噻蟲啉分子印跡聚合物。優化功能單體與模板的比例,當噻蟲啉:MAA:苯乙烯比例為1∶4∶4時聚合物的吸附量最大,在30 min內MIPs對吡蟲啉、氯噻啉、噻蟲啉的吸附量進行比較,噻蟲啉吸附量最大,表明噻蟲啉MIPs對目標物具有特異性吸附。比較MIP柱與C18柱對噻蟲啉的富集能力,用HPLC檢測收集的洗脫液,回收率分別為56%～77%和83.4%～98.8%,表明MIP柱對目標物的吸附性能、保留能力更強,提高檢測結果的準確性[45-46]。MIPs作為SPE吸附劑與HPLC結合檢測稻田水和大米噻蟲啉的含量,大米中噻蟲嗪的含量為13.8 ng/g,稻田水未檢出。同時他還以噻蟲胺為模[17]板,甲基丙烯酸和苯乙烯為功能單體,乙腈為致孔劑,二甲基丙烯酸乙二醇酯為交聯劑合成分子印跡聚合物作為固相萃取吸附劑與HPLC結合檢測河水,土壤,大白菜,番茄和葡萄中噻蟲胺的含量,在0.005～0.05 mg/L范圍內河水的平均回收率在84.32%～89.59%,其余的樣品在0.05～0.5 mg/L范圍內平均回收率在85.49%～96.36%,RSD為2.40%～6.02%(n=3),該方法檢測樣品中噻蟲胺的含量是可行的。

3.1.2 分子印跡-基質固相分散萃取技術(MIP-MSPD) MIP-MSPD操作簡單,樣品的富集、凈化于一體,成本低,檢測結果準確,重現性好。MIPs和樣品一起研磨后通過洗脫與樣品基質分離,MIP-MSPD起到分離和富集的作用。

Chen等[40]以吡蟲啉為模板,MAA為功能單體,EGDMA為交聯劑,NIBA為引發劑,將分子印跡聚合物作為分散劑與樣品均勻混合裝入柱子,經過活化柱子,上樣,淋洗,收集洗脫溶劑,通過LC-MS/MS分析。結果證明MIPs對目標物有良好的選擇性,MIPs的吸附量高于非分子印跡聚合物(NIPs)的吸附量。MIP-MSPD檢測大米中吡蟲啉的含量,在10～1000 μg/L線性范圍內,檢出限2.4 μg/L,樣品的回收率在83.8%～92.5%。

3.1.3 分子印跡-固相萃取攪拌棒(MIP-SBSE) 固相萃取攪拌棒的選擇性高,基質干擾小。為了更好的提高富集目標物,凈化基質,將攪拌棒的靈活性與MIPs的特異性結合,為復雜樣品基質提供了簡單、有效的前處理方法。MIP-SBSE固定相面積大,選擇性好,操作簡單。

程亞群等[47]以烯啶蟲胺為模板,MAA為功能單體,EGDMA為交聯劑,乙腈為致孔劑,沉淀聚合法制備烯啶蟲胺分子印跡聚合物涂在固相萃取攪拌棒上,應用到對實際水樣中烯啶蟲胺的吸附,添加不同濃度的烯啶蟲胺,吸附的回收率均在85.3%～112.4%,攪拌棒操作簡單,靈敏度高,重現性好,對目標物有高的選擇性吸附。

3.2 分子印跡技術在傳感器領域的應用

分子印跡技術檢測蛋白質、藥物、環境中的有害物主要獲取途徑有傳感器法、色譜法。分子印跡傳感器是以MIPs為識別元件,相當于生物識別中的抗原抗體但比抗原抗體的化學性質穩定,在藥物、環境、食品等安全分析領域都有應用。根據信號的轉換原理可將傳感器分為電化學型傳感器、光學傳感器、質量型傳感器,文獻報道分子印跡技術與電化學傳感器和光學傳感器結合已經成熟的應用到新煙堿類農藥的檢測中,該技術與傳感器結合在相關領域為實現產業化提供了參考。

3.2.1 MIP電化學傳感器 電化學傳感器原理是將檢測信號轉化成可以輸出的信號,根據帶電信號的高低程度,來檢測目標物,是由識別系統和轉換系統兩大部分構成[48]。識別系統由于識別元件不同可將傳感器分為免疫酶傳感器[49]、抗體傳感器[50]、分子印跡傳感器[51-52]。MIPs比免疫酶穩定,比抗體制作周期短、操作過程簡單,所以新煙堿類農藥檢測在MIP傳感器領域更受歡迎。MIPs作為傳感器敏感元件不僅提高了傳感器的靈敏度還提高對目標分子的特異性識別。MIP電化學傳感器的制備方法主要有電化學聚合、涂膜法[53-54]、原位引發聚合[55-57]。

電化學聚合法優點在于膜的厚度易于控制,制備簡單,均勻的覆蓋在電極表面,性能穩定,檢測靈敏度高,在新煙堿類農藥檢測中應用廣泛;涂膜法制備的分子印跡傳感器具有很好特異性;原位引法制備傳感器的分子印跡膜厚度不易控制,易影響檢測結果,因此在農藥檢測中受限。分子印跡電化學傳感器檢測新煙堿類農藥是集分離、富集、檢測于一體,提高傳感器的靈敏度、對目標物有特異性識別,簡化檢測步驟。

3.2.1.1 電化學聚合法制備MIP電化學傳感器 電化學聚合是在電極表面外加電壓驅動使模板與功能單體聚合直接形成印跡聚合膜。影響電化學聚合傳感器的穩定性是功能單體的選擇和模板的去除,因此選擇易于聚合的功能單體并與目標物有強大的作用力。此方法制備的分子印跡聚合膜的吸附位點在表面并且吸附量大,提高了傳感器的靈敏度和檢測結果的準確性。

電化學聚合法制備分子印跡傳感器,構建此類傳感器方法簡單,易于實現。Kong等[58]以電聚合法制備分子印跡聚合物膜,聚鄰苯二胺(POPD)為功能單體,吡蟲啉為模板,用0.5 mol/L的HCL將模板洗脫,構建吡蟲啉分子印跡電化學傳感器,并用還原氧化石墨烯修飾玻碳電極,提高了傳感器靈敏度。檢測梨中吡蟲啉的含量,在0.75～70.00 μmol/L線性范圍內檢測限為0.40 μmol/L;此人還以吡蟲啉為模板[59],聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為功能單體,構建了檢測蘋果中吡蟲啉含量的分子印跡電化學傳感器,PVP為功能單體制備的分子印跡傳感器的優點在于線性范圍大,檢測線低。比較聚合物對吡蟲啉與其結構類似物的吸附量,實驗結果聚合物吸附吡蟲啉量最大,表明傳感器的對目標物有特異性吸附,在0.5～50.00 μmol/L線性范圍內檢測限為0.30 μmol/L;類似的構建了聚咔唑(PCz)為功能單體,因為PCz具有良好的導電性和機械穩定性適合用于傳感材料。吡蟲啉為模板,利用石墨烯增加了電極的比表面積,制備了吡蟲啉分子印跡傳感器,檢測環境水樣中吡蟲啉的含量。在0.1～40.00 μmol/L線性范圍內檢測限為0.07 μmol/L,表明傳感器具有良好的選擇性和靈敏性,能快速準確檢測目標物,有利于現場監測的發展。

劉斌等[60]利用恒電位沉積法制備了啶蟲脒印跡膜電極,將啶蟲脒(Actip)為模板,戊二醛為交聯劑,殼聚糖有豐富的-NH2和-OH活性基團,張力大,韌性好,使其作為功能基體和載體材料,并構建了Actip分子印跡電化學傳感器。借助陽離子指示探針,驗證了傳感器有良好的電化學響應特性,比較MIPs對啶蟲脒和吡蟲啉的吸附量,得出啶蟲脒的吸附吸附量最大,表明傳感器對啶蟲脒具有很好的特異性識別,印跡因子為4.711,在1.0×10-7～2.0×10-5mol/L范圍內呈線性,用含有2.0×10-5mol/L的Actip溶液做10次平行實驗,RSD為2.9%,表明此類傳感器響應性能穩定。

3.2.1.2 涂抹法制備MIP電化學傳感器 涂膜法是一種間接成膜法先將分子印跡聚合物材料制備好,將其溶解混合后涂在電極表面,分子印跡聚合物在電極表面形成均勻的薄膜。Li等[61]以吡蟲啉為模板,MAA為功能單體,EGDMA為交聯劑,NIBA為引發劑,制備親水性的表面印跡離子液體聚合物通過可逆加成-碎裂鏈轉移沉淀聚合(RAFTP)的方式包覆到MWNTs上。此法制備的印跡材料結構呈網狀,比表面積大,吸附性能好,并且傳質速度快,使用離子液體因具有高密度、高電導率能與親水性的模板分子相互作用制備水兼容的MIPS,提高了MIPs在水相中的應用,將MWNTs@RAFT-MIP固定到石墨烯修飾的玻碳電極上得到MWNTs@RAFT-MIP-GR-IL/GCE膜,涂層在電極表面構建了親水性表面印跡電化學傳感器,實驗表明此法線性范圍廣,檢出限低,檢測實際樣品白菜和蘋果皮中吡蟲啉含量,樣品加標回收率均在94%～107%。該分子印跡電化學傳感器有很高靈敏度和對目標物的選擇性,提高了檢測結果的準確性。

3.2.2 MIP光學傳感器 MIPs分子印跡光學傳感器有光化學傳感器、表面等離子共振技術、分子印跡光子晶體凝膠等;分子印跡光子晶體凝膠法檢測新煙堿類農藥殘留,分子印跡光子晶體凝膠傳感器其實質就是以光子晶體技術和分子印跡技術結合,光子晶體具有三維有序性、比表面積高等特點,其結構通常與可見紅外光的相互作用發生布拉格衍射,有色移現象。此類傳感器的優點在于高度普適性、無需標記、快速響應、結構層次多樣等,與分子印跡技術結合可直接把特異性的目標分子的化學信號以光衍射的形式表達出來。

分子印跡光子晶體凝膠傳感器檢測待測物無需標記,結果準確。Wang等[62]檢測甘藍、黃瓜、蘋果吡蟲啉含量,使用分子印跡光子晶體凝膠傳感器。在膠體晶模板中用光聚合法制備了吡蟲啉印跡光子水凝膠(MIPHs),以吡蟲啉為模板,甲基丙烯酸為單體,乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑,除去膠體晶模板和分子印跡模板。由于凝膠膜含有大量的三維有序的納米晶,同時該薄膜無需將目標物標記就能產生光信號。當吡蟲啉的濃度在10-13～10-7g/mL,布拉格衍射線紅峰從551 nm移到589 nm,對噻蟲嗪和啶蟲脒沒明顯的峰移動,說明此傳感器對目標物有高的選擇性和特異性。實驗結果表明傳感器對吡蟲啉的檢測有較高的穩定性、準確性,回收率在87.6%～97.8%,與LC-MS/MS檢測吡蟲啉兩種方法結果相差不大,RSD在小于10%。說明了基于MIPs構建的光子晶體凝膠傳感器具有高特異性,無需標記,重復性好,檢測結果準確,不依賴大型儀器檢測,不僅用于實驗室,而且對現場檢測目標物有很大應用潛力。

3.2.3 MIP質量型傳感器 質量敏感傳感器又叫壓電傳感器,是基于石英晶體(QCM)建立起來的一種傳感器。QCM對質量的變化非常敏感,工作原理是待測物質量的變化與QCM的諧振頻率成反比,因此通過頻率的變化測定QCM的表面吸附質量[63]。在傳感器技術中通常作為轉換器,與MIPs結合檢測目標物的含量。在QCM的表面采用合適的MIPs聚合法在其表面形成一層分子印跡聚合薄膜,來檢測特定分子的含量,此類傳感器靈敏度高,分子印跡膜響應值大,特異性強,外壓穩定。MIP-QCM傳感器目前檢測的物質有多環芳烴類、糖類、中性物質等;對于新煙堿農藥殘留檢測未見報道,但是對新煙堿類農藥殘留檢測提供了理論支撐。

3 結語與展望

隨著對分子印跡技術研究的越來越深入,分子印跡聚合物已被廣泛應用于食品檢測、藥物分析、環境分析等領域,并成功應用于新煙堿類農藥的檢測。分子印跡技術不斷發展,不管是在合成方法還是表征手段以及應用中都日趨完善。然而分子印跡技術在新煙堿類農藥檢測中的應用仍處于發展階段,存在著諸多亟待解決的問題。

新煙堿類農藥分子印跡技術基礎理論和作用機理研究仍需不斷探索。分子印跡技術的理論基礎需要進一步推動,制備原理、結構解析、識別過程和傳質機制研究不夠清晰,需要不斷完善。

新煙堿類農藥分子印跡制備方法較為單一,需要不斷豐富和發展?，F有制備技術得到的新煙堿類農藥聚合物的尺寸比較大,多為微米級,聚合物的顆粒大小不均一、識別位點深埋、吸附量較低。聚合條件需要更好的優化,結構表征需更加細致,能更詳細的認識印跡內部構造,進一步提高分子的特異性識別性能。

分子印跡技術應用領域具有局限性,需要開展在分離分析領域小分子的研究轉移到大分子物質的研究。分子印跡聚合物的在水相識別困難,需要提高分子印跡聚合物的親水性,加強在水相中的應用。

當前,復雜基質中農藥殘留的前處理和痕量檢測技術會更加傾向于方便,準確、快捷、環保、經濟、高通量的方向發展。此外,分子印跡技術應用到新煙堿農藥的殘留檢測涉及多種交叉學科,需要不斷改進逐步擴展。相信隨著分子印跡聚合物的制備原理和應用領域的不斷拓展,使手性藥物分離、膜分離、分子印跡固相萃取達到商業化,未來分子印跡技術在更多領域將會發揮更加積極的作用。