[发明专利]基于电化学沉积与分子印迹的BPA电化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种通过电沉积和分子印迹技术，在金基底表面制备的基于三维纳米金膜修饰的BPA（Bisphenol A）分子印迹传感器，属于水体污染及防治，电化学传感器技术领域。

背景技术

BPA是一种内分泌干扰物，对生物和人体的正常内分泌机能有不利的影响，而且具有浓度低不易检测, 生物累积性等特点。BPA是聚碳酸酯PC的重要原料，可能存在于许多日常消费品中如食品包装容器, 婴儿奶瓶等。BPA在加热时能析出到食物和饮料当中，对人体造成危害，是一种潜在的危险性很大的化学物质。传统的BPA检测方法有气相色谱-质谱联用, 高效液相色谱法, 液相色谱-质谱联用等，但传统检测方法具有不能现场检测, 样品前处理过程繁琐等缺点。

基于分子印迹技术制备的分子印迹聚合物（MIP）具有识别性高，能在高温, 高压, 强酸, 强碱, 有机溶剂等苛刻环境中使用的特点，已经能够实现对除草剂, 重金属, 医药, 毒素和水质等的检测或吸附去除。分子印迹电化学传感器是将分子印迹聚合物作为识别元件制备的具有特异选择性的仿生传感器，这种传感器采用电化学检测手段对目标污染物进行检测，具有灵敏度高, 小型化便于携带, 现场快速检测的优点。在电化学检测过程中，BPA与印迹聚合物识别位点的特异性结合是检测信号的主要来源，并以电信号的形式呈现。基于分子印迹技术的电化学传感器是目前BPA检测的研究热点。

利用自组装原理，在金电极表面制备二维自组装膜可以有效促进电极表面对BPA活性基团（双-OH）的吸附以及加强电子的传递作用；在二维自组装膜的基础上通过电化学沉积法合成BPA分子印迹聚合物薄膜，可以实现对BPA的特异性检测，其中4-巯基苯胺分子的-NH₂与BPA分子的双-OH之间的氢键作用力是绑定BPA分子形成特异性识别位点的主要能量来源。

复合电沉积法可以在含有自组装膜的金电极表面合成纳米金分子印迹聚合物复合薄膜，该方法使传感器表现出良好的选择性。复合电沉积过程将有机分子（功能单体和模板分子）与氯金酸混合后电沉积，此过程中，纳米金形成的同时也完成了自组装，使得纳米金颗粒表面带有不同的官能团，这种带有官能团的纳米金被称为功能化纳米金，Brust等人于1994年首次采用两相法（水和甲苯为溶剂），用硼氢化钠还原氯金酸,制得表面形成硫醇单分子层的功能化纳米金。随后科学家们采用均相法，以各种带巯基（-SH）的小分子或大分子作为配体，得到表面带有不同的官能团（-NH₂、-COOH、蛋白质分子等）的纳米金粒子。 2008年J. AM. CHEM. SOC. 第130期第30卷报道了一种复合电沉积法制备的具有特异性识别的复合薄膜，报道中这种基于金基地电极的复合薄膜传感器对三硝基甲苯的检测限达到7.4×10^-8mol/L。

研究表明复合电沉积法制备复合薄膜的过程中，纳米金颗粒的含量较少，含有纳米金的印迹聚合物复合薄膜与金电极基地的联结不够致密，电极的重现性与稳定性并不理想。而本发明在电化学沉积与自组装技术的基础上首次制备出一种新型纳米金分子印迹聚合物复合膜，该传感器在水样检测中表现出良好的灵敏度与稳定性。

发明内容

本发明解决了传统液相色谱法无法在线检测、识别能力有限、样品前处理繁琐等问题。该传感器与普通传感器想比，具有超灵敏度和相对较大的BPA吸附量，可促进传感器的小型化发展。

本发明采用电化学沉积法形成的纳米金颗粒与金电极基底结合致密，且反应过程中无有机分子参与，与复合电沉积相比拥有更高的电子传导效率。

本发明合成的纳米金颗粒将二维基底转变成为三维基底，增大了电极比表面积，同时纳米金颗粒较强的表面效应可以促使分子印迹聚合物自组装膜的形成， 从而可使电极表面形成更多的BPA有效结合位点。

本发明制备的MIPs薄膜可与纳米金颗粒有效结合，纳米金颗粒镶嵌分布于薄膜中，能够有效地完成薄膜表面与基底之间的电子传递，进一步提高了传感器灵敏度。

本发明首先采用电化学沉积法在金电极表面合成了纳米金膜（AuNPs）；接着将纳米金膜浸入4-巯基苯胺的乙腈溶液中进行自组装，使纳米金膜表面形成一层自组装单分子层；然后基于分子印迹技术，采用电化学聚合法在纳米金膜表面合成分子印迹聚合物薄膜（MIPs）；最后用电化学法洗脱去除BPA模板分子，制备出了基于三维纳米金膜修饰的BPA分子印迹电极传感器。

具体步骤如下：