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专利名称：用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过测试电化学变量分析材料的生物化学电极及其制备方法，具体涉及一种用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极及其制备方法。
背景技术：
海产品砷污染问题一直是食品安全领域关注的焦点。与陆地生物不同，海洋生物普遍具有较强的砷富集能力，鱼类、贝类、海藻等人类经常食用的海产品中均含有较高浓度的砷。海产品中的砷主要以有机砷化物的形态存在(如甲基胂酸、甲基亚胂酸、砷糖、砷胆碱等)，约占总砷的95%左右。目前，砷糖和砷胆碱的毒性尚未被证实，但甲基亚胂酸已被证实具有较强的细胞和生殖毒性，而甲基胂酸可造成DNA损伤。近年来，海产品砷超标的事件屡次见诸报端，使公众对海产品的食用安全性产生了怀疑，严重影响了水产养殖业和出口贸易的发展。因而，控制并监测海产品中砷含量具有十分重要的意义。目前，世界各国对海产品中砷含量都有严格限制，我国海产品中的砷主要采用GB/ T 5009. 11-2003《食品中总砷及无机砷的测定》中规定的银盐法和氢化物原子荧光光度法进行检测。氢化物原子荧光光度法是我国海产品中砷检测的主要方法，此方法仅能测定无机砷和总砷含量，不能检测有机砷化物。20世纪70年代以来，电化学分析法、光谱法、色谱法、质谱法和联用技术等先进的仪器测定方法逐步被应用于砷检测。其中，色谱技术可以准确分离海产品中的有机砷化物，但检测灵敏度不尽如人意；质谱法和联用技术(如气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用等)能够准确测定海产品中各种有机砷化物的含量，但这两种方法所需仪器昂贵，且样品前处理极为复杂，实用性不高。由此可见，目前急需建立一种简便、可靠且高特异性的针对海产品中有机砷化物的检测方法，以保障海产品的食用安全。现在很多领域都在利用丝网印刷技术制作不同用处的电极，中国专利申请号 85102225,99812560. 1、00130620. O和02157282. 8中披露的就是这种丝网印刷电极。但尚未见到由丝网印刷技术制成的真正用于产业化的一次性用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极的相关报道。

发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种检测方便、成本低廉、携带方便的用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极。本发明是通过以下技术方案实现的
一种用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极，包括电极基片，电极基片上印制或粘贴由导电材料制成的第一电极基体、第二电极基体和第三电极基体；第一电极基体由工作电极通过第一电极连线与第一接线端子相连成一体；第二电极基体由对电极通过第二电极连线和第二接线端子相连成一体；第三电极基体由参比电极通过第三电极连线和第三接线端子相连成一体；所述第一电极连线、第二电极连线及第三电极连线表面均涂覆一层聚碳酸酯，所述工作电极为正七边形，所述对电极围绕在工作电极外面一侧的缺少相邻三边的正七边形结构，参比电极为围绕在工作电极外面另一侧，工作电极表面涂覆有反应层，所述反应层由通过表面修饰技术固定在工作电极上的能与海产品中有机砷化物发生特异分子识别生化反应的核酸适配子分子印迹聚合物组成。进一步地，还包括有上盖，所述上盖覆盖在整个电极的最上面，所述参比电极、工作电极、对电极、第一接线端子、第二接线端子及第三接线端子暴露在外边。进一步地，电极基片材质为聚氯乙烯，且为片材，长为35mm,宽为12mm,厚为 O. 5mmο一种上述分子印迹膜电极的制备方法，包括以下步骤在由丝网印刷技术制成的电极基片上，将导电材料用喷涂法印制形成工作电极、参比电极和对电极的基体，它们的中间部分表面上涂覆一层聚碳酸酯，在工作电极基体下端部分涂覆表面修饰技术形成的反应层，即制成基于核酸适配子的分子印迹膜电极，其反应层的制备方法如下
a、依次用Al2O3粉末将工作电极抛光，再用质量分数为50%的HNO3进行处理，最后分别用丙酮和二次蒸馏水充分冲洗；
b、基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹聚合物制备将有机砷化物模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂、和引发剂按摩尔比为O. I 2 2.5 O. I 5 40 80 O. 01 O. 10 I. O 15混合均匀，装入反应器中，通入氮气密封，热引发条件或光引发反应条件下进行聚合；将上述得到的聚合物从反应器中取出，研磨、过筛；用洗脱液洗脱至不含细菌毒素，然后用有机溶剂清洗至中性，真空下干燥；
C、将上述海产品中有机砷化物分子印迹聚合物加入到浓度为5%的有机溶剂中溶解， 取10 μ L上述混合液滴加到工作电极表面，均匀地涂成膜，在室温下干燥；
d、用缓冲溶液洗去多余的基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹聚合物， 将制成的基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹膜电极置于4°C下冰箱中，保存 24h后即可。上述方法中，所用缓冲溶液是由以下方法制得JfNa2HPO4L 15克，KCl O. 2克， NaCl 8. O克和KH2PO4 O. 2克定溶于IOOOmL的容量瓶中；缓冲溶液浓度为pH=7. 4。上述方法中，有机砷化物为一甲基胂酸、二甲基胂酸、甲基亚胂酸、砷糖PO4、砷糖 0H、砷糖SO3、砷糖SO4、砷胆碱。上述方法中，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N, O-二丙烯酰-L-苯丙胺醇、二乙烯基苯、季戊四醇三丙烯酸酯或季戊四醇四丙烯酸酯、N, N-亚甲基二丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、N, N-1,4-亚苯基二丙烯酰胺、3，5- 二 (丙烯酰胺)苯甲酸。
上述方法中，所述引发剂为偶氮二异丁腈。上述方法中，所述致孔剂为二氯甲烷、氯仿、乙腈、甲醇、异丙醇、四氯化碳、N，N-二甲基酰胺或二甲基亚砜。上述方法中，所述有机溶剂为二氯甲烷或四氯化碳。本发明的有益效果如下
I.由于使用丝网印刷电极，其电极拆换简便、小型化、易携带、可以一次性使用。
2.反应层是由用表面修饰技术固定在工作电极上，通过固定化材料的配比调整， 使制得的分子印迹膜电极对环境温度的要求不明显，室温下使用即可。3.制备方法简单，性能稳定，电极的重复性好，适用于海产品中有机砷化物检测生物传感器产业化的实际应用。4.由于丝网印刷技术的应用，使制作电极的工艺成本降低，适于产业化中价廉的要求，这有利于制成一次性产品，方便客户使用。5.丝网印刷技术不受承印物大小和形状的限制，其灵活性和实用性的特点使其在制作电极时不受形状、大小等限制，制成不同规格的分子印迹膜电极产品，丰富产品种类。6.由于丝网印刷可以进行工业化的大规模生产，使得电极在生产上可以批量定制，它不受企业大小的限制，大工业机械化可以进行生产，乡镇企业、个体手工业也可以进
行生产。7.丝网印刷电极规格小、重量轻、易于携带、方便、实用。8.以丝网印刷电极为固定载体固定基于核酸适配子的分子印迹聚合物的分子印迹膜电极组建的生物传感系统，可实现对海产品中有机砷化物的快速在线检测，检测时间可控制在IOmin左右,检出限为O. lng/g。9.所述电极基片上固定有参比电极，使检测更加准确。


图I为本发明分子印迹膜电极的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，下述说明仅是示例性的，不限定本发明的保护范围。参考附图1，一种用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极，包括电极基片12，电极基片12上印制或粘贴由导电材料制成的第一电极基体、第二电极基体和第三电极基体；第一电极基体由工作电极4通过第一电极连线3与第一接线端子I相连成一体；第二电极基体由对电极7通过第二电极连线4和第二接线端子2相连成一体；第三电极基体由参比电极5通过第三电极连线11和第三接线端子17相连成一体；所述第一电极连线3、第二电极连线4及第三电极连线11表面均涂覆一层聚碳酸酯，所述工作电极4为正七边形，所述对电极7为围绕在工作电极4外面一侧的缺少相邻三边的正七边形结构，参比电极5围绕在工作电极4外面另一侧，工作电极4表面涂覆有反应层，所述反应层由通过表面修饰技术固定在工作电极上4的能与海产品中有机砷化物发生特异分子识别生化反应的核酸适配子分子印迹聚合物组成。参考附图1，本发明还包括有上盖5，所述上盖5覆盖在整个电极的最上面，所述参比电极5、工作电极4、对电极7、第一接线端子I、第二接线端子2及第三接线端子17暴露在外边。参考附图1，工作电极10中设有一与工作电极10形状和大小均相同的凹陷8，增大了与修饰物的接触面积，使修饰反应层足够多。实践中，用作工作电极和对电极的基体的导电材料为钼，电极基片12材质为聚氯乙烯，且为片材，长为75mm,宽为2mm,厚为O. 5mm ;上盖长为26mm,宽2mm,厚O. 2mm。一种本发明所述分子印迹膜电极的制备方法，包括以下步骤在由丝网印刷技术制成的电极基片上，将导电材料用喷涂法印制形成工作电极、参比电极和对电极的基体，它们的中间部分表面上涂覆一层聚碳酸酯，在工作电极基体下端部分涂覆表面修饰技术形成的反应层，即制成基于核酸适配子的分子印迹膜电极，其反应层的制备方法如下
a、依次用Al2O3粉末将工作电极抛光，再用质量分数为50%的HNO3进行处理，最后分别用丙酮和二次蒸馏水充分冲洗；
b、基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹聚合物制备将有机砷化物模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂、和引发剂按摩尔比为O. I 2 2.5 O. I 5 40 80 O. 01 O. 10 I. O 15混合均匀，装入反应器中，通入氮气密封，热引发条件或光引发反应条件下进行聚合；将上述得到的聚合物从反应器中取出，研磨、过筛；用洗脱液洗脱至不含细菌毒素，然后用有机溶剂清洗至中性，真空下干燥；
C、将上述海产品中有机砷化物分子印迹聚合物加入到浓度为5%的有机溶剂中溶解， 取10 μ L上述混合液滴加到工作电极表面，均匀地涂成膜，在室温下干燥；
d、用缓冲溶液洗去多余的基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹聚合物， 将制成的基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹膜电极置于4°C下冰箱中，保存 24h后即可。上述方法中所用缓冲溶液是由方法配制^Na2HPO4L 15克，KCl O. 2克，NaCl 8. O 克和KH2PO4 O. 2克定溶于IOOOmL的容量瓶中；缓冲溶液浓度为pH=7. 4。有机砷化物为一甲基胂酸、二甲基胂酸、甲基亚胂酸、砷糖PO4、砷糖0H、砷糖S03、 砷糖SO4、砷胆碱。所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N, O- 二丙烯酰-L-苯丙胺醇、二乙烯基苯、季戊四醇三丙烯酸酯或季戊四醇四丙烯酸酯、N，N-亚甲基二丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N-l，4-亚苯基二丙烯酰胺、3，5_ 二 (丙烯酰胺)苯甲酸。所述引发剂为偶氮二异丁腈。所述致孔剂为二氯甲烷、氯仿、乙腈、甲醇、异丙醇、四氯化碳、N, N- 二甲基酰胺或 ~■甲基亚讽。所述有机溶剂为二氯甲烷或四氯化碳。本发明的工作原理
在溶剂中加入模板分子(有机砷化物)、功能单体(核酸适配子)、交联剂等反应物后引发反应，使其聚合。而后利用物理或化学手段将有机砷化物分子从制备的聚合物中洗脱出来，聚合物内部便形成了形状和官能团位置与有机砷化物分子相匹配的空穴，此空穴对有机砷化物分子具有高度的特定识别性和结合能力，当样品中的待测物质与此聚合物特异性结合以后，结合光电转换技术，将光信号转变成电信号，根据电极表面产生的电流的大小可以测定有机砷化物的含量。实施例2
用作工作电极和对电极的基体的导电材料是碳，其他同实施例I。实施例3
用作工作电极和对电极的基体的导电材料是金，其他同实施例I。
实施例4
用作工作电极和对电极的基体的导电材料是银，其他同实施例I。以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管通过实施例对本发明进行了详细说明，所属领域人员应当能够参照本发明的具体方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换，但是在不脱离本发明技术方案的精神下，上述改动或等同替换应该属于本发明请求保护的技术方案范围中。
权利要求
1.一种用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极，包括电极基片(12)，电极基片(12)上印制或粘贴由导电材料制成的第一电极基体、第二电极基体和第三电极基体；第一电极基体由工作电极(10)通过第一电极连线(3)与第一接线端子(I) 相连成一体；第二电极基体由对电极(7)通过第二电极连线(4)和第二接线端子(2)相连成一体；第三电极基体由参比电极(9)通过第三电极连线(11)和第三接线端子(13)相连成一体；所述第一电极连线(3 )、第二电极连线(4)及第三电极连线(11)表面均涂覆一层聚碳酸酯，其特殊之处在于所述工作电极(10)为正七边形，所述对电极(7)围绕在工作电极(10) 外面一侧的缺少相邻三边的正七边形结构，参比电极(9)为围绕在工作电极(10)外面另一侧，工作电极(10)表面涂覆有反应层，所述反应层由通过表面修饰技术固定在工作电极上 (10)的能与海产品中有机砷化物发生特异分子识别生化反应的核酸适配子分子印迹聚合物组成。
2.根据权利要求I所述基于核酸适配子的分子印迹膜电极，其特征在于还包括有上盖(5)，所述上盖(5)覆盖在整个电极的最上面，所述参比电极(9)、工作电极(10)、对电极 (7)、第一接线端子(I)、第二接线端子(2)及第三接线端子(13)暴露在外边。
3.根据权利要求I或2所述基于核酸适配子的分子印迹膜电极，其特征在于电极基片(12)材质为聚氯乙烯，且为片材，长为35mm,宽为12mm,厚为O. 5mm。
4.一种权利要求I所述分子印迹膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤在由丝网印刷技术制成的电极基片上，将导电材料用喷涂法印制形成工作电极、参比电极和对电极的基体，它们的中间部分表面上涂覆一层聚碳酸酯，在工作电极基体下端部分涂覆表面修饰技术形成的反应层，即制成基于核酸适配子的分子印迹膜电极，其反应层的制备方法如下a、依次用Al2O3粉末将工作电极抛光，再用质量分数为50%的HNO3进行处理，最后分别用丙酮和二次蒸馏水充分冲洗；b、基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹聚合物制备将有机砷化物模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂、和引发剂按摩尔比为O. I 2 2.5 O. I 5 40 80 O. 01 O. 10 I. O 15混合均匀，装入反应器中，通入氮气密封，热引发条件或光引发反应条件下进行聚合；将上述得到的聚合物从反应器中取出，研磨、过筛；用洗脱液洗脱至不含细菌毒素，然后用有机溶剂清洗至中性，真空下干燥；C、将上述海产品中有机砷化物分子印迹聚合物加入到浓度为5%的有机溶剂中溶解， 取10 μ L上述混合液滴加到工作电极表面，均匀地涂成膜，在室温下干燥；d、用缓冲溶液洗去多余的基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹聚合物， 将制成的基于核酸适配子的海产品中有机砷化物分子印迹膜电极置于4°C下冰箱中，保存 24h后即可。
5.根据权利要求4所述分子印迹膜电极的制备方法，其特征在于所用缓冲溶液是由以下方法制得将Na2HPO4L 15克，KCl O. 2克，NaCl 8. O克和KH2PO4 O. 2克定溶于IOOOmL 的容量瓶中；缓冲溶液浓度为pH=7. 4。
6.根据权利要求4所述分子印迹膜电极的制备方法，其特征在于有机砷化物为一甲基胂酸、二甲基胂酸、甲基亚胂酸、砷糖PO4、砷糖0H、砷糖SO3、砷糖SO4、砷胆碱。
7.根据权利要求4所述分子印迹膜电极的制备方法，其特征在于所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，0_ 二丙烯酰-L-苯丙胺醇、二乙烯基苯、季戊四醇三丙烯酸酯或季戊四醇四丙烯酸酯、N，N-亚甲基二丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N-I，4-亚苯基二丙烯酰胺、3，5_ 二 (丙烯酰胺)苯甲酸。
8.根据权利要求4所述分子印迹膜电极的制备方法，其特征在于所述引发剂为偶氮二异丁腈。
9.根据权利要求4所述分子印迹膜电极的制备方法，其特征在于所述致孔剂为二氯甲烷、氯仿、乙腈、甲醇、异丙醇、四氯化碳、N，N-二甲基酰胺或二甲基亚砜。
10.根据权利要求4所述分子印迹膜电极的制备方法，其特征在于所述有机溶剂为二氯甲烷或四氯化碳。
全文摘要
本发明公开了一种用于海产品中有机砷化物检测的基于核酸适配子的分子印迹膜电极及制备方法，分子印迹膜电极包括电极基片，电极基片上有第一电极基体、第二电极基体和第三电极基体；第一电极基体由工作电极与第一接线端子相连成一体；第二电极基体由对电极和第二接线端子相连成一体；第三电极基体由参比电极和第三接线端子相连成一体；所述工作电极工作电极表面涂覆有反应层，所述反应层由通过表面修饰技术固定在工作电极上的能与海产品中有机砷化物发生特异分子识别生化反应的核酸适配子分子印迹聚合物组成。本发明制备方法简单，性能稳定，电极的重复性好，适用于海产品中有机砷化物检测生物传感器产业化的实际应用。
文档编号G01N27/327GK102590307SQ20121001643
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者于京华, 刘素, 崔敏, 廉文静, 李 杰, 葛慎光, 邢宪荣, 颜梅, 黄加栋 申请人:济南大学