一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備及在農藥殘留即時檢測中的應用的製作方法

2023-05-26 10:02:41

一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備及在農藥殘留即時檢測中的應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備及在農藥殘留即時檢測應用。在計算機上利用AdobeIllustratorCS4軟體設計蠟列印圖案及中空通道切割圖案；利用蠟印表機列印疏水區域；採用雷射切割機對入口、出口及中空通道進行切割；通過絲網印刷技術在工作區域印刷碳工作電極、碳對電極和Ag/AgCl參比電極；在工作電極上通過循環伏安法電聚合分子印跡聚合物；按照一定次序將所製備的濾紙疊放夾在玻璃片中間，製備得到電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件，將器件中電極與電化學工作站連接，對農藥殘留進行即時檢測。
【專利說明】—種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備及在農藥殘留即時檢測中的應用

【技術領域】
[0001]本發明涉及快速、低成本和高選擇的農藥殘留檢測【技術領域】，更具體地說是一種以適合於現場即時檢測的紙分析器件的構建。

【背景技術】
[0002]近年來食品汙染造成急性中毒事件屢見報導，但農藥對人體的慢性危害產生的生理變化常常因沒有明顯症狀容易被忽視。一些農藥品種具有累積毒性，甚至產生致癌、致畸、致突變三致毒性。由於隨著人們知識水平和生活水平的提高，人們對食品中的農藥含量測定的方法和技術越來越關注，同時，也隨著我國在國際貿易發展過程中的貿易次數越來越頻繁，世界每個國家對我們生產的食品農藥含量檢測要求也越來高，普遍要求對農藥的檢測分析要高靈敏度、高效和快速。在食品安全檢測中，能快速、準確、可靠、方便、經濟、安全地檢測食品的質量是世界各個國家普遍研究的熱點問題。食品安全的檢測技術是保護食品安全、保護消費者的重要手段，特別是對農產品的快速檢測技術顯得更加重要。
[0003]目前在食品中的農藥殘留檢測中，快速的檢測分析方法研究十分活躍，如酶抑制法，其以準確性高、檢測速度快、操作簡單、成本低等優點得到廣泛應用。但是在檢測某些食品時，會出現假陽性現象，幹擾檢測結果。免疫分析法是將抗體抗原反應與現代測試手段相結合的超微分析法。具有操作簡單、快速、靈敏度高、適合現場篩選等優點，但它的開發過程需要投入較多資金、較長時間、抗體製備難道較大、抗體有特異性只適用單一農藥殘留量的檢測分析。傳統的農藥殘留檢測技術需要使用氣相色譜、高效液相色譜等需要昂貴的設備、較長的樣品預處理和測試時間，明顯存在檢測滯後的現象。傳統的理化分析手段難以適應現代農藥殘留分析的要求。找到一種有效、快速、靈敏檢測果蔬農藥殘留的方法，用於農產品質量的監督管理，不僅可以提高工作效率，同時也保證了食品的安全。亟待建立一套快速、準確、靈敏、檢測農藥殘留的分析技術。
[0004]微流控晶片實驗室是目前最有望實現現場檢測的技術平臺。簡單的說，微流控晶片實驗室是指把樣品製備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的晶片上，該晶片可以是塑料片、玻璃片或者矽片。但是目前，微流控晶片實驗室仍然處於實驗室研究階段，由於其技術複雜、設備昂貴和工藝苛刻，需要專業人士操作及難以實現普及。
[0005]2007年,哈佛大學Whitesides的課題組裡首次構建微流控紙晶片實驗室。與傳統微流控晶片相比，微流控紙晶片的製作成本低，所需儀器設備與操作條件更簡單。作為新一代微流控晶片技術，微流控紙晶片既繼承了傳統試紙條的簡單、廉價的特性，又傳承了傳統的微流控晶片平臺高通量、多樣化檢測能力與開放式多功能集成能力。科研工作者對微流控紙晶片研究的巨大興趣與投入，使微流控紙晶片獲得快速發展。但是目前，微流控紙晶片實驗室仍然是通過多孔的紙纖維毛細拉力促使液體流動，因此，液體的流動速度緩慢，耗時長，在流動過程中易造成溶液的揮發損失；同時，對於較大的細菌及微珠在紙纖維中無法自由移動。因此，在微流控紙晶片實驗室中實現液體快速流動，為農藥殘留的現場即時檢測提供條件成為當前該研究領域亟需解決的問題之一。


【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備及在農藥殘留現場即時檢測中的應用，建立一種操作簡單、高選擇性、低成本等特點的電化學分析檢測傳感器件。本發明以中空通道紙晶片、電聚合分子印跡聚合物為基礎，製備了測定農藥殘留的電化學傳感紙器件，成功建立了快速、特異和靈敏的農藥殘留檢測方法。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明是通過以下措施來實現的:一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備及應用，其特徵是包括以下步驟:
(1)在計算機上設計中空通道層(附圖1中B層)的疏水蠟列印圖案，與中空通道層的疏水蠟列印圖案匹配的頂層(附圖1中A層)列印圖案和與中空通道層的疏水蠟列印圖案匹配的底層(附圖1中C層)列印圖案；
(2)將步驟(I)中設計的頂層、中空通道層和底層圖案通過蠟印表機列印在濾紙上，所列印出的濾紙剪成上下匹配、同樣尺寸的濾紙；
(3)將步驟(2)中製備的頂層濾紙和中空通道層濾紙放置到烘箱中，在60-120°C加熱30-120秒,使蠟融化並浸透整個濾紙的厚度,形成疏水牆；
(4)將步驟(2)中製備的底層濾紙放置到烘箱中，在60-120°C加熱20-60秒，使蠟融化並浸濾紙厚度的三分之一，將濾紙翻轉過來，形成底層上部分親水，底層的下部分疏水；
(5)將步驟(3)中得到的頂層濾紙的入口和出口以及中空通道層濾紙的入口、中空通道和出口按照步驟(I)設計的圖案應用雷射切割機進行切割；
(6)在計算機上設計與蠟列印圖案匹配的工作電極、對電極和參比電極印刷圖案；
(7)將步驟(5)中得到的頂層濾紙檢測區域通過絲網印刷技術按照步驟(6)設計的印刷電極圖案印刷工作電極、對電極和參比電極(如附圖1A中電極所示)；
(8)選擇適當的功能單體，將步驟(7)得到的頂層濾紙上的檢測區域工作電極表面通過循環伏安法以農藥殘留物為模板分子電聚合製備分子印跡聚合物，然後採用溶劑洗滌法去除模板分子得到處理好的頂層濾紙；
(9)將步驟(8)中得到的頂層濾紙、步驟(5)中得到中空通道層濾紙和步驟(4)得到的底層濾紙，頂層濾紙印刷有電極面貼近中空通道濾紙層，底層濾紙親水面貼近中空通道層，上層玻璃片具有入口和出口與頂層濾紙入口和出口相匹配，三層濾紙按照從上到下依次為頂層濾紙、中空通道層濾紙和底層濾紙夾在玻璃片中間製得中空通道微流控紙器件；
(10)將步驟(9)中得到的微流控紙器件的電極與電化學工作站連接，以鐵氰化鉀為電化學探針，用於實際樣品的測定。
[0008]所設計紙器件尺寸如圖2所示，頂層濾紙的疏水圖案包括入口(直徑4_)、檢測區域(直徑4mm)和出口(直徑4臟)，入口和檢測區域間距20mm，入口和出口間距30mm，中空通道層濾紙的疏水圖案包括入口(直徑4mm)、中空通道(寬度2mm)和出口(直徑4mm)，入口與出口間距30mm，底層濾紙的疏水圖案包括入口(直徑4mm)、親水通道(寬度2mm)和出口(直徑4mm)，入口與出口間距30_。
[0009]所設計的頂層濾紙、中空通道層濾紙和底層濾紙剪成尺寸均為長度50mm，寬度30mm;三層濾紙垂直方向上入口和出口對齊。
[0010]所述的濾紙為常用的濾紙。
[0011]所採的噴蠟印表機為常用的富士施樂噴蠟印表機。
[0012]所述的絲網印刷技術印刷的工作電極為碳印刷電極，對電極為碳對電極，參比電極為Ag/AgCl參比電極。
[0013]所述的功能單體為吡咯、鄰苯二胺、苯酚、噻吩、對氨基苯硼酸、丙烯醯胺。
[0014]所述的循環伏安法掃描速度為50mV/s,掃描電位範圍為-0.5^0.8V,掃描圈數20?100圈。
[0015]所述的模板分子為被測定的農藥殘留物。
[0016]所述的去除模板分子的溶劑洗滌所用溶劑為甲醇/乙酸溶液(1:4 V/V)、乙醇/乙酸溶液(1:3 V/V)、乙腈/乙酸溶液(5:1 V/V)、乙腈/水溶液(1:1 V/V)。
[0017]本發明的有益效果:
1.採用成本低廉的紙材料，組裝了中空通道的紙器件，簡化了電化學三維微流控紙晶片的製備步驟，降低了製備成本，提高了微流控紙晶片的製備與檢測的可重複性。
[0018]2.微流控紙器件中引入了中空通道，提高液體在紙器件的流動速度，進一步降低檢測時間，提聞檢測效率。
[0019]3.中空通道紙器件中的工作電極上電聚合了高選擇性的分子印跡聚合物，提高了方法的選擇性。
[0020]4.中空通道的紙器件能夠實現對樣品快速分離，同時能夠對樣品檢測，實現了對於複雜樣品的同時分離檢測。
[0021]說明書附圖:
附圖1紙器件蠟列印和絲網印刷電極圖案附圖2紙器件尺寸示意圖

【具體實施方式】
:
實施例:(有機磷類，如氧化樂果)
一種檢測氧化樂果的電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件製備方法，包括以下步驟:
(1)在計算機上利用AdobeIllustrator CS4軟體設計頂層濾紙的疏水圖案包括入口(直徑4mm)、檢測區域(直徑4mm)和出口(直徑4mm),入口和檢測區域間距20mm,入口和出口間距30mm，中空通道層濾紙的疏水圖案包括入口(直徑4臟)、中空通道(寬度2mm)和出口(直徑4mm)，入口與出口間距30mm，底層濾紙的疏水圖案包括入口(直徑4mm)、親水通道(寬度2mm)和出口(直徑4臟)，入口與出口間距30mm ;
(2)將步驟(I)中設計的頂層、中空通道層和底層圖案通過蠟印表機列印在濾紙上，頂層濾紙、中空通道層濾紙和底層濾紙剪成尺寸均為長度50mm，寬度30mm ;三層濾紙垂直方向上入口和出口對齊；
(3)將步驟(2)中製備的頂層濾紙和中空通道層濾紙放置到烘箱中，在80°C攝氏度下加熱60秒，使蠟融化並浸透整個濾紙的厚度，形成疏水牆；
(4)將步驟(2)中製備的底層濾紙帶有蠟圖案的濾紙放置到烘箱中，在60°C攝氏度下加熱30秒，使蠟融化並浸整個濾紙的三分之一厚度，將濾紙翻轉過來，形成底層上部分親水，底層的下部分疏水；
(5)將步驟(3)中得到的中空通道層濾紙內的中空通道以及頂層濾紙的入口和出口按照步驟(I)設計的圖案採用雷射切割機進行切割；
(6)在計算機上利用AdobeIllustrator CS4軟體設計與臘列印圖案匹配的工作電極(直徑3mm)、對電極和參比電極印刷圖案；
(7)將步驟(5)中得到的頂層濾紙檢測區域通過絲網印刷技術按照步驟(6)設計的印刷電極圖案印刷碳工作電極、碳對電極和Ag/AgCl參比電極；
(8)選擇吡咯為功能單體，將步驟(7)得到的頂層濾紙工作區域工作電極表面通過循環伏安法掃描速度為50mV/s，掃描電位範圍為-0.2^0.8V，掃描圈數20圈。以氧化樂果為模板分子電聚合製備分子印跡聚合物，然後採用乙腈/乙酸溶液(5:1 V/V)去除模板分子得到處理好的頂層濾紙；
(9)將步驟(8)中得到的頂層濾紙、步驟(5)中得到中空通道層濾紙和步驟(4)得到的底層濾紙，頂層濾紙印刷有電極面貼近中空通道濾紙層，底層濾紙親水面貼近中空通道層，上層玻璃片具有入口和出口與頂層濾紙入口和出口相匹配，夾在玻璃片中間製得中空通道微流控紙器件；
(10)將步驟(9)中得到的微流控紙器件的電極與電化學工作站連接，用於實際樣品的測定；
(11)將製備的含有氧化樂果的樣品流過中空通道，當樣品流經工作電極，氧化樂果與工作電極表面分子印跡結合，以鐵氰化鉀為電化學探針用於測定，氧化樂果的測定結果的檢測限為2.0XlOVmL0
【權利要求】
1.一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備，其特徵是包括以下步驟: (1)在計算機上設計中空通道層的疏水蠟列印圖案，與中空通道層的疏水蠟列印圖案匹配的頂層列印圖案和與中空通道層的疏水蠟列印圖案匹配的底層列印圖案； (2)將步驟(I)中設計的頂層、中空通道層和底層圖案通過蠟印表機列印在濾紙上，所列印出的濾紙剪成上下匹配、同樣尺寸的濾紙； (3)將步驟(2)中製備的頂層濾紙和中空通道層濾紙放置到烘箱中，在60-120°C加熱30-120秒，使蠟融化並浸透整個濾紙的厚度,形成疏水牆； (4)將步驟(2)中製備的底層濾紙放置到烘箱中，在60-120°C加熱20-60秒， 使蠟融化並浸濾紙厚度的三分之一，將濾紙翻轉過來，形成底層上部分親水，底層的下部分疏水； (5)將步驟(3)中得到的頂層濾紙的入口和出口以及中空通道層濾紙的入口、中空通道和出口按照步驟(I)設計的圖案應用雷射切割機進行切割； (6)在計算機上設計與蠟列印圖案匹配的工作電極、對電極和參比電極印刷圖案； (7)將步驟(5)中得到的頂層濾紙檢測區域通過絲網印刷技術按照步驟(6)設計的印刷電極圖案印刷工作電極、對電極和參比電極； (8)選擇適當的功能單體，將步驟(7)得到的頂層濾紙上的檢測區域工作電極表面通過循環伏安法以農藥殘留物為模板分子電聚合製備分子印跡聚合物，然後採用溶劑洗滌法去除模板分子得到處理好的頂層濾紙； (9)將步驟(8)中得到的頂層濾紙、步驟(5)中得到中空通道層濾紙和步驟(4)得到的底層濾紙，頂層濾紙印刷有電極面貼近中空通道濾紙層，底層濾紙親水面貼近中空通道層，上層玻璃片具有入口和出口與頂層濾紙入口和出口相匹配，三層濾紙按照從上到下依次為頂層濾紙、中空通道層濾紙和底層濾紙夾在玻璃片中間製得中空通道微流控紙器件； (10)將步驟(9)中得到的微流控紙器件的電極與電化學工作站連接，以鐵氰化鉀為電化學探針，用於實際樣品的測定。
2.根據權利要求1所述一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備，其特徵是:所設計頂層濾紙的疏水圖案包括入口直徑4_、檢測區域直徑4mm和出口直徑4mm,入口和檢測區域間距20mm，入口和出口間距30mm，中空通道層濾紙的疏水圖案包括入口直徑4臟、中空通道寬度2mm和出口直徑4mm，入口與出口間距30mm，底層濾紙的疏水圖案包括入口直徑4臟、親水通道寬度2mm和出口直徑4臟，入口與出口間距30mm，頂層濾紙、中空通道層濾紙和底層濾紙剪成尺寸均為長度50mm，寬度30mm ;三層濾紙垂直方向上入口和出口對齊。
3.根據權利要求1所述一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備，其特徵是:所述的濾紙為常用的濾紙；所採的噴蠟印表機為常用的富士施樂噴蠟印表機。
4.根據權利要求1所述一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備，其特徵是:所述的絲網印刷技術印刷的工作電極為碳印刷電極，對電極為碳對電極，參比電極為Ag/AgCl參比電極。
5.根據權利要求1所述的功能單體為吡咯、鄰苯二胺、苯酚、噻吩、對氨基苯硼酸、丙烯醯胺。
6.根據權利要求1所述循環伏安法掃描速度為50mV/s，掃描電位範圍為-0.5^0.8V,掃描圈數2(Γ100圈。
7.根據權利要求1所述一種電聚合分子印跡聚合物中空通道紙器件的製備，其特徵是:所述的模板分子為被測定的農藥殘留物。
8.根據權利要求1所述去除模板分子的溶劑洗滌所用溶劑為甲醇/乙酸溶液(1:4V/V)、乙醇/乙酸溶液(1:3 V/V)、乙腈/乙酸溶液(5:1 V/V)、乙腈/水溶液(1:1 V/V)。
【文檔編號】G01N27/48GK104181215SQ201410436014
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月31日 優先權日:2014年8月31日
【發明者】葛慎光, 於京華, 顏梅, 黃加棟, 張彥, 劉海雲, 王衍虎 申請人:濟南大學