一种便携式电化学测试条及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及食品检测领域，尤其是涉及一种便携式电化学测试条及其制备方法和应用。

背景技术

中国的乳制品进口在过去几年也呈现快速增长趋势。乳粉进口量从2005年的11万吨迅速增长至2013年的85万吨，4年累计增幅达到107％；液体乳进口快速增长趋势同样无法忽视，2005年进口量为3781吨，2013年同比翻番达到18万吨。根据海关总署数据显示，2020年全国共进口各种乳制品347.83万吨，金额125.99亿美元，同比分别增长11.07％和6.22％。因此，加强乳制品质量安全的检测和监管，对于提高乳制品的质量安全、促进我国乳制品产业健康快速发展具有十分重要的意义。

在乳及乳制品的生产过程中，不论是原料(牛奶)的制备，如对泌乳期奶牛的用药治疗、在饲料中添加抗生素以增强奶牛体抗力等，还是在乳制品的生产过程，如添加抗生素防止牛奶腐败等，均会造成部分抗生素在乳及乳制品中残留，从而对人体巨大危害，如发生过敏反应、提高耐药性以及造成人体肠道菌群失调等。2019年共计抽查1945批次，其中18批次不合格。因此，如何快速、准确地检测乳与乳制品中抗生素类残留是乳品检测行业亟需解决的问题。

赛拉嗪(XYL，C

为保护消费者健康，我国规定牛奶中不得检出赛拉嗪残留。目前，赛拉嗪的检测有多种分析方法，包括气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱-质谱法(GC-MS)、液相色谱-质谱(LC-MS)和酶联免疫吸附测定(ELISA)。这些方法分析速度快、灵敏度高、结果稳定以及准确可靠，但是样品前处理复杂、仪器昂贵和需专业操作人员操作，且分析成本高、耗时长，不适用于乳品企业的即时现场监测。随着人们对高品质乳品的需求，乳品安全检测具有待测样数量大、时效强等特点，传统方法已不能满足食品安全检测对快速、准确、便携、灵敏和低成本的要求，而快速检测技术具有检测速度快、装置便携、易于在线检测等优点，在食品安全中发挥了非常重要的作用。因此，开发高效、快速、准确的快检技术在乳品生产中的应用，对实现乳业生产过程的高效管理以及提高乳品质量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的分析成本高、耗时长、不适合现场检测等缺点提供的一种便携式电化学测试条及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明之一，提供了一种便携式电化学测试条的制备方法，包括以下步骤：

S1：将赛拉嗪、甲基丙烯酸和氯仿混合后进行超声处理，预聚合，得到预聚合溶液；

S2：将交联剂和引发剂加入到步骤S1所述预聚合溶液中；用冷氮气流吹瓶，然后立即密封水浴；将得到的大块产物研磨过筛，得到分子印迹聚合物MIP粉末；

S3：将上述MIP粉末分散在乙二醇和Nafion@117的混合液中，将分散了MIP的混合液滴涂在电极上，烘干得到修饰电极；

S4：用甲醇-乙酸混合溶液，洗脱步骤S3所述的修饰电极中的赛拉嗪，得到的去除赛拉嗪的分子印迹聚合物电极，即为所述便携式电化学测试条。

进一步地，步骤S1所述的赛拉嗪、甲基丙烯酸和氯仿的用量比为1mmol：4mmol：70mL。

进一步地，步骤S2所述的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯，所述的引发剂为2,2’-偶氮二异丁腈。

更进一步地，所述的交联剂和引发剂的用量比为5mmol：4mmol。

进一步地，步骤S1所述超声的时间为5-15min；所述预聚合温度为1-8℃。

进一步地，步骤S2所述吹瓶的时长为4-6min；所述水浴的温度为55-65℃，水浴的时间为20-30h。

进一步地，步骤S3所述MIP、乙二醇和Nafion@117的用量比为10mg：1mL：10μL。

进一步地，步骤S3所述的电极的制备方法如下：

将GO悬浮液滴到丝网印刷碳电极SPCE上，然后通过循环伏安法电化学还原得到RGO/SPCE；随后，将HAuCl

或，

将HCl、LiF倒入聚四氟乙烯烧杯中，搅拌均匀，接倒入Ti

进一步地，所述的循环伏安法电化学还原的CV技术的初始电压为-1.4V，终止电压为0.6V，扫描速率为50mV/s；所述电沉积的电压为-0.2V。

进一步地，所述的HCl、LiF和Ti

进一步地，当电极为Au/RGO/SPCE电极时，所述修饰电极为MIP/Au/RGO/SPCE电极，步骤S4中所述的分子印迹聚合物电极为rMIP/Au/RGO/SPCE电极。

进一步地，当电极为TiO

本发明之二，提供了上述制备方法制得的便携式电化学测试条。

本发明之三，提供了上述便携式电化学测试条在检测乳制品中赛拉嗪浓度的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)利用纳米复合材料改性的丝网印刷电极测试条(SPCE)，结合分子印迹技术，构建基于分子印迹型的丝网印刷电极电化学测试条。纳米复合材料良好的导电性和优异的电化学性能，显著提升了电流信号。

(2)采用差分脉冲伏安法(DPV)对电极表面痕量物质进行定量检测，相对于其他的电化学技术，降低了背景电流，展现较高的检测灵敏度。

(3)本发明首次构建基于分子印迹型的丝网印刷电极电化学测试条，实现了对赛拉嗪的高选择性、便携式灵敏检测。测试条对赛拉嗪便携式测试条检测表现出了较宽的线性范围、较低的检测限以及良好的选择性和稳定性。

(4)本发明成本低，免维护，可一次性使用，即插即用，无繁琐的前处理过程；电极批间差小，检测结果更加可靠；只需一滴样品即可完成检测；独立检测，无电解质污染；灵敏度高、操作简单、成本低、易于微型化；易于操作和携带，适用于非专业人员的现场检测。

附图说明

图1为本发明实施例1中便携式电化学测试条用于生乳中赛拉嗪的快速检测示意图；

图2为本发明实施例1中制备的Au/RGO的TEM图；

图3为本发明实施例1中制备的RGO和Au/RGO的XRD图；

图4为本发明实施例1中制备的rMIP/Au/RGO/SPCE测试条在含0.1～10

图5为本发明实施例1中制备的rMIP/Au/RGO/SPCE测试条在含0.1～10

图6为本发明实施例2中制备的TiO

图7为本发明实施例2中制备的TiO

图8为本发明实施例2中制备的rMIP/TiO

图9为本发明实施例2中制备的rMIP/TiO

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

将100μL 1mg/mL的GO悬浮液滴到SPCE上，然后通过循环伏安法电化学还原得到RGO/SPCE。CV技术的初始电压为-1.4V，终止电压为0.6V，扫描速率为50mV/s。随后，将100μL1mmol/L HAuCl

将0.1mmol赛拉嗪模板分子和0.4mmol功能性单体甲基丙烯酸加入含有7mL氯仿的玻璃瓶中。将混合物超声处理10min，并在4℃过夜进行预聚合。加入0.3mmol乙二醇二甲基丙烯酸酯交联剂和0.24mmol 2,2’-偶氮二异丁腈引发剂。用冷氮气流吹瓶5min排除空气后立即密封，在60℃水浴中摇动24h。研磨过筛，得到分子印迹聚合物(MIP)粉末。将10mg MIP分散在1mL乙二醇和10μLNafion@117的混合液中，取100μL混合液滴涂在Au/RGO/SPCE电极上，烘干后得到修饰电极MIP/Au/RGO/SPCE。用甲醇/乙酸(9:1，v/v)混合液洗脱模板分子，得到的去除模板分子的分子印迹聚合物电极(rMIP/Au/RGO/SPCE)，即为所述便携式电化学测试条。作为对照，在不加模板分子的条件下，同时合成非分子印迹聚合物修饰电极(NIP/Au/RGO/SPCE)。

图2是Au/RGO的TEM图，可以看到修饰在电极表面的还原氧化石墨烯呈现褶皱的薄纱片状二维形貌，且还原氧化石墨烯基底表面存在大量金纳米颗粒。因此，成功合成了Au/RGO复合材料，负载金纳米粒子可以加快电子传递，从而提高响应电流信号强度。

采用X射线衍射(XRD)分析研究了材料的晶体结构。2θ在20–30°范围内的宽衍射峰对应于堆叠RGO的(002)晶面(图3)。在Au/RGO纳米复合材料中，除了RGO的(002)晶面特征衍射峰，其他衍射峰分别对应于Au的(111)、(200)、(220)和(311)晶面(面心立方，JCPDS 04-0784)，表明电化学方法成功将HAuCl

差分脉冲伏安法(DPV)方法可用于确定电极过程的可逆性和研究电极表面吸附行为。相对于其它的电化学技术，差分脉冲伏安法具备较低的背景电流和较高的检测灵敏度，因而常用来定量检测痕量物质。本工作使用DPV法进行定量检测赛拉嗪，分别记录了传感器在含有0.1、1、10、100、1000、10000、100000μg/L赛拉嗪梯度浓度的溶液中DPV峰值电流(图4)。该电流随赛拉嗪浓度增加而降低，其线性拟合方程为I＝250.2929-21.6397×lgC(R

测试过程如图1所示，由一部电脑、一个电化学工作站和一个改性的丝网印刷碳电极组成一个检测系统，利用分子印迹技术特异性识别模板分子的特性，制得对赛拉嗪具有特异性检测能力的便携式丝网印刷电化学测试条。当牛奶等乳制品中的赛拉嗪被rMIP/Au/RGO/SPCE识别后，赛拉嗪与rMIP中的空腔结合，造成空间位阻，导致峰值电流降低，测得的电流大小对应于赛拉嗪的浓度高低，从而实现快速灵敏检测赛拉嗪。

实施例2

量取40mL 9M HCl溶液，倒入聚四氟乙烯烧杯中，称取3.2g LiF，缓慢均匀倒入烧杯，搅拌均匀，接着称取2g Ti

将0.1mmol赛拉嗪模板分子和0.4mmol功能性单体甲基丙烯酸加入含有7mL氯仿的玻璃瓶中。将混合物超声处理10min，并在4℃过夜进行预聚合。加入0.3mmol乙二醇二甲基丙烯酸酯交联剂和0.24mmol 2,2’-偶氮二异丁腈引发剂。用冷氮气流吹瓶5min排除空气后立即密封，在60℃水浴中摇动24h。研磨过筛，得到分子印迹聚合物(MIP)粉末。将10mg MIP分散在1mL乙二醇和10μLNafion@117的混合液中，取100μL混合液滴涂在TiO

图6为TiO

使用DPV法进行定量检测赛拉嗪，分别记录了传感器在含有0.1、1、10、100、1000、10000、100000μg/L赛拉嗪梯度浓度的溶液中DPV峰值电流(图8)。该电流随赛拉嗪浓度增加而降低，其线性拟合方程为I＝0.2375+0.00796lgC(R

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。