一种尿酸分子印迹电化学发光传感器的制备及其检测方法

技术领域

本发明属于电化学发光传感领域，特别涉及一种MXene@NaAsc复合材料修饰电极的分子印迹电化学发光传感器的制备方法和检测方法

背景技术

尿酸(UA)是嘌呤代谢的终产物。在抽血检查的常规项目中，除了常见的血压、血脂和血糖之外，血液中的UA水平也是人体重要的健康指标之一。正常情况下，体内的UA大约有1200mg，每天新生成约600mg，同时排泄掉600mg，通过UA的产生和排泄，处于平衡的状态。但如果体内产生过多来不及排泄或者UA排泄机制退化，则体内UA滞留过多。UA水平升高与痛风、高尿酸血症、糖尿病、肾结石和动脉粥样硬化等多种疾病的患病都具有相关性。因此，在质量监测、药物研究和医学诊断等领域检测UA的含量至关重要。目前，常用的测定UA的方法有气相色谱-质谱法、高效液相色谱法、毛细管电泳法、荧光偏振免疫分析法及循环酶法。但在这些方法中存在着一些局限性，例如操作繁琐，耗时长，仪器成本高以及样本预处理复杂。由于电化学发光方法具有良好的选择性、较高的灵敏度、连续可靠性以及便携性，已有报道采用电化学发光方法来检测UA的含量。

MXene多层纳米片是一种新兴的二维无机化合物材料，通常由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成。由于MXene具有较大的活性区域、良好的金属导电性以及优秀的储能性能，使其作为一种很有前途的电极材料在电化学传感领域备受关注。但MXene很容易被水和空气氧化，这会限制MXene的电化学特性和稳定性，同时阻碍了目标分子接近活性区域。因此，对MXene材料的功能化修饰和性质改良是目前研究人员关注的重点。抗坏血酸钠(NaAsc)是一种良好的抗氧化剂，将NaAsc引入MXene材料可以保护其纳米片的边缘，限制了水和空气进入MXene的反应部位，从而极大地改善了MXene材料的抗氧化性。

在大多数电化学发光或电化学发光相关的应用研究中，常采用酶、细胞、抗体和核酸适配体等生物活性物质作为生物敏感元件，并将其固定在电极上用于特异性识别目标物。其中，分子印迹聚合物(MIP)具有很强的选择能力，可以专一性识别目标物，常与电化学技术联合用于环境保护、核酸分析、疾病临床诊断、食品药品监督等领域。与传统的生物敏感元件相比，MIP具有优良的稳定性和环境适应性以及专一的选择性和较长的使用寿命，对不同环境均表现出较强的抵抗力。常见的MIP的合成方法有本体聚合，分散聚合，悬浮聚合，沉淀聚合和表面印迹等，传统的合成方法存在合成尺寸难控制、制备过程复杂、分散体系昂贵以及模板分子难洗脱等缺点。电聚合表面印迹法可以通过电化学氧化或还原过程直接将MIP电聚合在导电基底上，该方法操作简便快捷，合成的表面分子印迹聚合物便于洗脱，具有较强的稳定性，可以准确高效地识别目标物，且能长期保存、反复利用，同时还可以实现对生物大分子的分子印迹。

在电聚合表面印迹法制备MIP的过程中，合成MIP所采用的功能单体的种类，聚合溶液的比例和浓度，以及电聚合过程的电位、聚合速率和聚合圈数等条件决定了所合成的MIP的结构和表面特征。目前，采用电聚合表面印迹法以制备分子印迹电化学发光传感器用于检测UA含量的研究还未经报道，所制备的分子印迹电化学发光传感器在电化学发光测试过程中的可行性和稳定性也尚未明确。

发明内容

本发明的目的是制备一种以MXene@NaAsc复合材料修饰电极，并在修饰电极表面电聚合分子印迹聚合物的分子印迹电化学发光传感器，并用于尿酸的快速检测。

本发明的目的主要通过以下技术手段实现：

本发明中一种CdSe@ZnS量子点和MXene@NaAsc复合材料修饰电极的分子印迹电化学发光传感器的结构：

1)将抗坏血酸钠(NaAsc)均匀分散在超纯水中，形成NaAsc溶液；

2)将NaAsc溶液加入至MXene材料中，在超声条件下均匀分散制成MXene@NaAsc复合材料；

3)工作电极选用玻碳电极(GCE)，首先在电极表面滴涂MXene@NaAsc复合材料，记为MXene@NaAsc/GCE；

4)在MXene@NaAsc/GCE表面滴涂CdSe@ZnS量子点，记为CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE；

5)在CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE表面以尿酸(UA)为模板分子，邻苯二胺(o-PD)为功能单体进行电聚合，得到分子印迹聚合物修饰的电极；

6)最后通过洗脱液将模板分子UA去除，形成MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE。

本发明中MXene@NaAsc复合材料修饰电极具体步骤如下：

1)称取一定量的NaAsc，将其均匀分散在超纯水中，形成NaAsc溶液；

2)称取一定量的MXene材料，将其均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，形成MXene分散液；

3)将制备好的NaAsc溶液加入至MXene分散液中，超声混合1小时，均匀分散制成MXene@NaAsc复合材料分散液(水：DMF＝1：1)；

4)取一定量的MXene@NaAsc分散液滴加到玻碳电极(GCE)表面，室温晾干命名为MXene@NaAsc/GCE。

5)取一定量的CdSe@ZnS分散液滴加到MXene@NaAsc/GCE表面，室温晾干命名为CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE。

本发明中制备尿酸分子印迹电化学发光传感器具体步骤如下：

6)称取一定量的邻苯二胺和尿酸分别作为功能单体和模板分子，在磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.0)中进行电聚合反应；

7)将制备的分子印迹聚合物修饰的电极用超纯水冲洗，并浸入甲醇、乙醇和乙腈溶液中浸泡0～8分钟以除去模板分子尿酸，命名为MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE；

8)作为对照组，制备非印迹聚合物(NIP)修饰的电极，在制备过程中除了在电聚合反应时不添加模板分子UA，其他过程均与MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE的制备过程保持一致，命名为NIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE。

基于MXene@NaAsc复合材料修饰电极的分子印迹电化学发光传感器对尿酸的特异性识别和检测：

9)将修饰电极浸入到含[K

10)将制备的分子印迹电化学发光传感器浸入一系列浓度的尿酸标准溶液中进行0～9分钟的吸附，利用电化学发光法(ECL)和差分脉冲伏安法(DPV)进行测量，以溶度的对数与ECL/DPV比值作图；

11)选用多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)、谷氨酸(Glu)和葡萄糖作为尿酸的干扰物来评价MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE的选择性。

进一步的，所述步骤1)中制备的NaAsc溶液的浓度为20.0mg/mL。

进一步的，所述步骤2)中制备的MXene分散液的浓度为2.5mg/mL。

进一步的，所述步骤4)中MXene@NaAsc分散液的滴加量为5μL。

进一步的，所述步骤5)中CdSe@ZnS分散液的浓度为0.05mg/mL，CdSe@ZnS分散液的滴加量为10μL。

进一步的，所述步骤6)中电聚合反应的条件为在含有2.00mmol/L邻苯二胺和1.00mmol/L尿酸的0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.0)中进行电聚合反应，以0.05V/s的扫描速率，在0V～+0.8V的电位范围内进行循环伏安法电聚合7个循环。

进一步的，所述步骤7)中最佳洗脱液为乙醇溶液，浸泡时间为5分钟。

进一步的，所述步骤10)中尿酸标准溶液的浓度为10

本发明的有益效果：该方法合成的MXene@NaAsc复合材料能有效改善MXene材料的抗氧化性，具有手风琴状的纳米片层结构。所制备的分子印迹电化学发光传感器对尿酸具较强的专一性识别能力，在一定浓度范围内尿酸浓度的对数与ECL/DPV比值呈良好线性关系，能够快速、准确地检测尿酸的含量。

本发明中，通过超声混合而成的MXene@NaAsc复合材料不仅导电性好，而且稳定性高。与其他已报道的合成方法相比，这种方法具有操作便捷、合成成本低和时间短的优势。本发明中，通过电聚合表面印迹法在修饰电极表面直接电聚合制备分子印迹聚合物，作为特异性识别结构。与传统的分子印迹聚合物制备方法相比，这种电聚合表面印迹法具有操作简单、节省时间、印迹过程可调控等优势。该分子印迹电化学发光传感器灵敏度高、选择性好，已成功应用于实际样品中尿酸含量的检测。

附图说明

图1MXene@NaAsc复合材料的扫描电镜图

图2分子印迹电化学发光传感器(MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE)吸附尿酸的电化学发光法(ECL)图

图3分子印迹电化学发光传感器(MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE)洗脱模板和吸附目标物时间图

图4分子印迹电化学发光传感器(MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE)ECL/DPV比值与尿酸浓度对数的线性关系图

具体实施方式

实施例1

1.一种MXene@NaAsc复合材料修饰电极的分子印迹电化学发光传感器，包括工作电极，其特征在于，在所述工作电极外依次修饰了MXene@NaAsc复合材料、CdSe@ZnS量子点和聚邻苯二胺分子印迹层，所述聚邻苯二胺分子印迹层具有目标分子的印迹空穴。

2.根据权利要求1所述的分子印迹电化学发光传感器，其特征在于，所述工作电极为玻碳电极，所述MXene@NaAsc复合材料为电极修饰材料，是一种掺杂NaAsc的二维材料，具有导电性好和稳定性高等优势。MXene@NaAsc复合材料由NaAsc和MXene超声复合而成，层状结构的MXene具有较大的比表面积和优良的导电性，NaAsc作为抗氧化剂可以减缓MXene被水和空气氧化，使得所制备的MXene@NaAsc复合材料更加稳定，表现出较好的电化学活性。

3.根据权利要求1所述的分子印迹电化学发光传感器，其特征在于，所述聚邻苯二胺分子印迹层，提供目标分子的印迹孔穴。邻苯二胺作为功能单体与模板目标分子在通电条件下发生电聚合，功能单体在电极表面聚合的同时，将模板目标分子嵌入其中，从而将特异性识别位点引入分子印迹聚合物中。聚邻苯二胺分子印迹聚合物的厚度可以通过电聚合扫描圈数决定，印迹聚合物的导电情况以及电聚合过程中发生氧化还原反应可以通过循环伏安图直观地反应出来。

4.根据权利要求1所述的分子印迹电化学发光传感器，其特征在于，所述聚邻苯二胺分子印迹层为邻苯二胺与目标分子的交联层，在电聚合邻苯二胺分子印迹层后除去目标分子形成印迹孔穴。

5.根据权利要求1所述的分子印迹电化学发光传感器，其特征在于，所述目标分子为尿酸。

实施例2

本发明中MXene@NaAsc复合材料修饰电极具体步骤如下：

1)称取一定量的NaAsc，将其均匀分散在超纯水中，形成浓度为20.0mg/mL的NaAsc溶液；

2)称取一定量的MXene材料，将其均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，形成浓度为2.5mg/mL的MXene分散液；

3)将制备好的NaAsc溶液加入至MXene分散液中，超声混合1小时，均匀分散制成MXene@NaAsc复合材料分散液(水：DMF＝1：1)；

4)量取5μL的MXene@NaAsc分散液滴加到玻碳电极(GCE)表面，室温晾干命名为MXene@NaAsc/GCE；

5)量取10μL的CdSe@ZnS分散液滴加到MXene@NaAsc/GCE表面，室温晾干命名为CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE。

本发明中制备尿酸分子印迹电化学发光传感器具体步骤如下：

6)电聚合反应的条件为在含有2.00mmol/L邻苯二胺和1.00mmol/L尿酸的0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.0)中进行电聚合反应：扫描速率为0.05V/s，在0V～+0.8V的电位范围内进行循环伏安法电聚合7个循环；

7)将制备的分子印迹聚合物修饰的电极用超纯水冲洗，并放入乙醇溶液中浸泡5分钟以除去模板分子UA，命名为MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE；

8)作为对照组，制备非印迹聚合物(NIP)修饰的电极，在制备过程中除了在电聚合反应时不添加模板分子UA，其他过程均与MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE的制备过程保持一致，命名为NIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE。

实施例3

基于实例2所制备的分子印迹电化学发光传感器对尿酸的特异性识别和检测：

1)将修饰电极浸入到含[K

2)将制备的分子印迹电化学发光传感器浸入10

3)选用多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)、谷氨酸(Glu)和葡萄糖作为尿酸的干扰物来评价MIP/CdSe@ZnS/MXene@NaAsc/GCE的选择性。

如附图4所示，ECL/DPV比值与UA浓度的对数在10

实施例4

除了“步骤6)中邻苯二胺：尿酸的摩尔比为2:1”之外，其它各步骤及操作与实施例2的均相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。