电位诱导法洗脱制备壳聚糖分子印迹电化学传感器

陈娟娟

乐山职业技术学院新能源工程系，四川乐山 614000

电位诱导法洗脱制备壳聚糖分子印迹电化学传感器

陈娟娟

乐山职业技术学院新能源工程系，四川乐山 614000

采用电位诱导法洗脱制备壳聚糖分子印迹电化学传感器，洗脱效果良好。

电位诱导法；壳聚糖；分子印迹；电化学传感器

壳聚糖(Chitosan， CTS)是地球上仅次于植物纤维的第二大物资源。其分子中含有大量氨基，pKa为6.3[1，2]。在pH低于pKa时，大部分氨基被质子化，使壳聚糖成为一种水溶性的聚电解质。当pH上升至pKa以上时，氨基去质子化，壳聚糖变为不可溶。壳聚糖水凝胶可以通过H2O的电还原消耗质子沉积到电极表面，与电极紧密结合并保持原有的性质。Luo等[3]在此基础上研制了一系列基于电沉积壳聚糖膜的生物传感器。传统采用乙腈、水等高极性溶剂反复洗涤MIPs的洗脱方法往往过于激烈不适用于成品传感器的洗脱再利用。本文使用电位诱导法洗脱制备洗脱方法柔和效果理想。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

CHI630A型电化学工作站 (上海辰华仪器有限公司)；三电极系统:分子印迹膜/玻碳电极为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极；S-3500N扫描电子显微镜 (日本Hitachi公司)。壳聚糖 (脱乙酰度≥90%) 购自德国Sigma Aldrich有限公司；敌百虫(Trichlorfon， AR， 99%)、Ru(NH3)6Cl3 (Hexaammineruthenium(III) chloride，AR， 99%) 均购自北京迪科马科技有限公司。1.7mmol/L Ru(NH3)6Cl3的0.1mol/ LKCl溶液为背景溶液。

1.2 壳聚糖分子印迹电化学传感器的制备

取一定量壳聚糖固体于稀盐酸溶液中超声30min溶解，用NaOH溶液调节pH后，逐滴加入已在饱和KCl溶液中阴离子化16h的敌百虫溶液，搅拌配制成含敌百虫模版分子的质子化壳聚糖电化学沉积液。将三电极系统移入上述溶液中，在-1.4V(vs.SCE，下同)下恒电位沉积2min，用水淋洗，再将电极浸于2.5%戊二醛溶液中，20min后取出，用水迅速淋洗。此电极于0.01mol/L KCl溶液中施加+0.7V电位处理三次，每次3min，以除去模板分子，则制备成壳聚糖分子印迹电化学传感器。在相同条件下，用不含敌百虫的电化学沉积液制备非印迹电极，用作对照。

2 结果与讨论

2.1 分子印迹沉积层的形成

如下图所示，电沉积过程中，随着电沉积时间的增加，电极表面沉积层厚度增加，电极导电能力逐渐降低，电流响应受到抑制，i-t曲线呈逐步下降趋势。图1a为电极在含阴离子化的敌百虫的壳聚糖溶液中以-1.4V恒电位沉积2min的i-t曲线，图1b为不含模板分子的i～t曲线。a和b进行比较，有无模板分子存在，i～t曲线均光滑趋于平缓，无较大不同，因此可以推断电沉积过程中，无电化学活性的敌百虫分子结构没有发生改变，从而保证了印迹电极识别位点的均匀性。

图1 电化学沉积i-t曲线

以循环伏安法(CV)对印迹传感器进行表征以考察沉积层的结构，结果随着扫描圈数的增大，循环伏安曲线逐渐向外扩张，至一定程度信号不再增大，200圈时已经达到稳定不再变化，且稳定信号与裸电极相比明显降低。表明电极表面形成了相对致密的Tri--CTS沉积层在电势差的驱动下，探针分子逐步通过膜内三维结构形成的通道和识别孔穴到达玻碳电极表面，发生还原氧化。而层内互补孔隙的数量是有限且一定的，故最终电流信号达到稳定值。作为对照，沉积后电极不经交联直接进行循环伏安扫描，CV图无逐步外扩的过程，且信号变化与裸电极相比信号变化不明显，说明沉积后，经过低浓度戊二醛溶液较短时间的固定化交联，沉积中聚合物分子可能在玻碳电极表面发生了重组至一个有序网状的空间结构状态的过程，使膜变得更加致密均匀，性能更好。

2.2 电位诱导洗脱模板分子

为了讨论施加一定电位对模版分子的影响，本文测试了不同电位下，模版分子的洗脱状况。实验表明，负电压不能将模板分子洗脱，可能是由于负电压下引发形成的聚合物对负电位稳定。正电位则可通过改变质子化壳聚糖与阴离子化敌百虫作用的微环境而降低两者之间的结合力，迫使阴离子化的敌百虫从大分子壳聚糖内部离开。过低的正电位洗脱速度慢耗时长；过高电压则会使聚合膜与玻碳电极之间的结合受到损坏而导致膜脱离电极表面。而实验中于工作电极上施加+0.7V电压，以洗脱模板分子效果最佳。结果表明处理3次每次3min后，CV图基本不再变化，模板分子已基本洗脱完全。这可能是由于一定时间内+0.7V电压不足以破坏壳聚糖膜与玻碳电极之间结合性能的，膜的性质不改变。改变印迹分子与基体之间的作用力后，阴离子型的敌百虫分子与水结合的驱动力显著大于与质子化的壳聚糖，Tri-溶入水中从而实现了敌百虫模板分子的洗脱。壳聚糖基体中留下了阴离子化敌百虫模板分子的孔穴。阴离子化敌百虫响应后，识别位点被部分占据，氯化钌六胺络合物的传质过程受到一定程度的阻碍，表现出氧化还原电流强度的相对减弱。各电极的表面状态可如图2SEM图表征，交联并洗脱后电极表面较之于直接晾干或者交联未洗脱的的SEM 图疏松。

图2 SEM 图

3 结语

结合电化学手段和分子印迹技术，制备了可用于敌百虫检测的分子印迹电化学传感器。通过对电极沉积电位、沉积时间、交联时间和洗脱方法等制备条件的考察，制备出的电化学传感器对目标分子敌百虫电化学响应较好。并通过对电极电化学响应的研究，初步探讨了电极制备和响应机理。

[1] 蒋挺大.甲壳素[M].北京:化学工业出版社, 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

陈娟娟（1986-），女，安徽安庆人，乐山职业技术学院助教，研究方向为环境与生物分析化学、化学化工科技英语。