基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法
2023-06-13 14:02:21
基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法
【專利摘要】一種基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印記電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，該方法是將碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的複合物覆於玻碳電極表面後，將其置於含模板分子、功能單體、交聯劑的溶膠凝膠溶液中進行電化學沉積，反應完成後除去模板分子，得到的分子印跡電化學傳感器直接對樣品中的丙烯醯胺進行檢測。上述碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的複合物是將碳納米管表面的-COOH經過修飾後帶上-SH，利用納米金和-SH間的強化學作用使金納米粒子與碳納米管形成穩定的化合物，然後將得到的化合物和殼聚糖混合製得。本發明方法簡單，且樣品前處理操作簡單，檢測速度快，成本低廉。此外，本方法具有好的選擇性和重現性，回收率符合要求，可直接對薯片等油炸食品中的丙烯醯胺進行檢測，具有重要的實際應用價值。
【專利說明】基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及食品有害成分的檢測和電化學傳感器領域，具體的是涉及一種檢測丙烯醯胺的溶膠凝膠分子印跡的電化學傳感器方法。
【背景技術】
[0002]丙烯醯胺(aCrylamide，AM)是一種白色晶體物質，室溫下穩定，易溶於水、甲醇、乙醇、丙酮、氯仿等有機溶劑。AM對人體有明顯毒性，可造成人體神經系統的損害。動物實驗和體外細胞實驗都證明AM可導致遺傳物質改變和癌症的發生。AM被國際癌症研究機構(IARC)列為2A類致癌物(II A)。
[0003]2002年4月，食品中首次發現AM，以薯條為代表的富含碳水化合物的高溫加工食品中尤為豐富。研究表明，食品中的AM主要是由於馬鈴薯和穀類食品原料中的天冬醯胺通過美拉德反應在經過高溫烹調後生成。2005年，WHO與FAO食品添加劑聯合專家委員會(JECFA)第64次會議對AM進行了系統的危險性評估，並警告公眾關注食品中的AM，呼籲採取措施減少食品中AM含量，以確保食品安全。我國將食品中丙烯醯胺的檢測列為「十五」國家重大科技專項「食品安全關鍵技術」課題，衛生部食品安全計劃也將食品中丙烯醯胺的檢測方法的建立和我國食品中AM分布調查作為一個重要內容。
[0004]目前，食品中丙烯醯胺含量的檢測主要是應用現代色譜技術(GC，LC)等與質譜法(MS)串聯，如液_質聯用法(LC-MS)、氣-質聯用法(GC-MS)、液相色譜_串聯質譜分析法(LC-MS/MS)等方法。該些方法在分析時間、成本及普及性方面各有長短，但是樣品前處理比較複雜，操作繁瑣，檢測時間長，成本高，且這些分析方法儀器設備貴重，需專業人員進行操作。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是，針對目前現有食品中丙烯醯胺的檢測方法中存在的樣品前處理複雜，操作繁瑣，檢測時間長、成本高的問題，提供一種基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，該方法具有良好的靈敏度，特異性，重現性和回收率，可用於實際食品樣品中丙烯醯胺的檢測。
[0006]為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是:一種基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，該方法是將修飾有碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的複合物的玻碳電極，置於含有丙烯醯胺的溶膠凝膠溶液中進行電化學沉積，製得分子印跡電化學傳感器，用該傳感器對樣品中的丙烯醯胺直接進行檢測。
[0007]上述溶膠凝膠分子印跡傳感器直接檢測丙烯醯胺的具體過程如下，結合參見圖1:
[0008]1、金鈉米粒子溶液的製備:按Iml I % HAuCl4溶液加99ml超純水的比例，將HAuCl4溶液和超純水混合，在150-250r/min，22(TC下，於磁力攪拌器加熱至沸騰後，再按10ml0.01% HAuCl4溶液加2.4mll %檸檬酸三鈉溶液的比例，迅速加入I %檸檬酸三鈉溶液，繼續攪拌加熱8-12min，待溶液由灰色到透亮的紅色後停止加熱，再攪拌8-12min，冷卻至室溫，就製得所需的金納米粒子溶液。將得到的金納米粒子溶液置於4°C冰箱中備用。
[0009]2、碳納米管(MWNT)的活化:將碳納米管置於混酸(濃硫酸和濃硝酸按體積比3:1混合)中超聲處理3-4h (每25mg碳納米管需加4ml混酸)，將得到的碳納米管溶液用超純水離心(9000-11000r/min，4-6min)衝洗至中性，即可得到羧基化的碳納米管(MWNT-C00H)。
[0010]3、碳納米管、金納米粒子和殼聚糖複合物的製備:在室溫下，將活化後的MWNT先在體積比為1:1的50mg/mLEDC和50mg/mL NHS的混合液中孵化0.5-1.5h (每Img活化後的碳納米管加Iml混合液),再於半胱胺中孵化0.5-1.5h (每Img活化後的碳納米管加Iml半胱胺)，使其表面帶有巰基，再用超純水衝洗，在室溫下乾燥後與上述金納米粒子溶液混合0.5-1.5h(lmg帶巰基的碳納米管加Iml金納米粒子溶液)，得到碳納米管與金納米粒子的複合物。然後按體積比1:2的比例將碳納米管與金納米粒子的複合物與2.0wt%殼聚糖溶液混合均勻。
[0011]4、溶膠凝膠溶液的製備:按0.4g-0.6g丙烯醯胺加4_5mL的四氫呋喃溶液的比例，將丙烯醯胺加入到四氫呋喃溶液中溶解，再於溶解液中按0.4g-0.6g丙烯醯胺加0.2mL功能單體3-氨丙基三甲氧基矽烷(APTMS)的比例加入3-氨丙基三甲氧基矽烷，以250-350r/min攪拌反應10-15min,最後於溶解液中按0.4g-0.6g丙烯醯胺加0.8mL交聯劑四乙氧基娃燒(TEOS)和0.3mL 0.lmol/L的氨水的比例加入四乙氧基娃燒和氨水，以250_350r/min攪拌反應2h，即得。
[0012]5、傳感器的構建:取10-15 μ L碳納米管、金納米和殼聚糖的複合物滴塗到玻碳電極上，室溫乾燥，將修飾好的電極置於製得的溶膠凝膠溶液中，在三電極體系下利用循環伏安法掃描30圈進行電沉積。將印跡完的電極置於室溫下乾燥過夜後再用純乙醇溶液振蕩洗脫，將洗脫後的電極繼續置於室溫下乾燥後，置於含有5.0mM的鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的混合液及0.1M KCl的5mL 0.1M PBS(pH 7.4)的溶液中，採用差分脈衝伏安法對樣品中的丙烯醯胺進行直接檢測。
[0013]本發明是先通過將碳納米管表面的-COOH經過氨基偶聯的方法，使其表面連有-SH，利用金納米和-SH間的強化學作用使金納米粒子與碳納米管形成穩定的聚合物，然後將得到的聚合物和殼聚糖混合製得複合物，再將納米材料與分子印跡凝膠-溶膠技術相彡口口 ?
[0014]與現有技術相比，本發明的優點如下:
[0015]1、本發明將碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的複合物覆於玻碳電極表面，利用碳納米管、金納米粒子的雙重強導電性，提高了電流的敏感性，利用殼聚糖的黏附性，增強了溶膠凝膠分子印記膜在玻碳電極上的穩定性，使得該傳感器既具有較好的靈敏度和較強的穩定性，最低檢測限為0.028 μ g/mL。
[0016]2、本發明有效地將碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的複合物與分子印跡溶膠-凝膠技術相結合。通過分子印跡溶膠-凝膠技術在該修飾了碳納米管、金納米粒子和殼聚糖複合物的玻碳電極表面，製備了丙烯醯胺的分子印跡膜進行丙烯醯胺的檢測。該技術不僅操作條件溫和，容易製備，還可明顯提高分子印跡的選擇性和材料的穩定性。此外該傳感器檢測速度快，成本低廉，樣品前處理操作簡單，具有良好的特異性、重現性和回收率，直接對食品中的丙烯醯胺進行檢測，具有重要的實際應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的傳感器構建示意圖。
[0018]圖2為本發明的特異性對比圖。
[0019]圖3為本發明檢測丙烯醯胺的標準曲線和線性關係圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1本發明構建的傳感器特異性實驗
[0021]將同一濃度(lyg mL-1)的AM、丙酮、天門冬醯胺、乙酸分別在本發明製得的分子印跡電化學傳感器上孵育30min，再進行差分脈衝伏安法測量，對比檢測結果。取丙酮、丙醛、乙酸分別和AM進行混合後，使其終濃度為lyg mL—1，分別在本發明製得的分子印跡電化學傳感器上進行孵育30min，再進行差分脈衝伏安法測量，對比檢測結果。結果表明，本發明構建的傳感器有較好的特異性，結合參見圖2。
[0022]實施例2檢測丙烯醯胺標準曲線的建立
[0023]將本發明構建好的傳感器置於含有5.0mM的鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的混合液及0.1M KCl的5mL 0.1M PBS (pH7.4)的溶液中，對不同濃度的丙烯醯胺(0-15.0 μ g/mL,η =3)進行測量進行測定，建立檢測丙烯醯胺的標準曲線，其線性範圍為0.05-5yg mL—1，最低檢測限為0.028yg/mL，見圖3。
[0024]實施例3加標回收實驗
[0025]薯片樣品:薯片經高效液相色譜法進行檢測，獲知其所含丙烯醯胺的含量，然後取適量丙烯醯胺標樣添加到樣品中，設置0.l，0.2、l、2、4yg/mL 5個濃度，每個濃度設3個重複，進行測定。
[0026]樣品前處理:取5g左右薯片樣品置於研缽中研碎，向樣品中加入不同質量的丙烯醯胺標準品，然後將樣品轉移到50mL離心管中，加入1mL正己烷除脂，氮吹儀吹乾，然後加入20mL超純水超聲提取15min,用0.22 μ m的水系過濾膜過濾備用。
[0027]實驗結果見表1，薯片回收率實驗回收率為81.4-94.8 %，變異係數為
2.06-4.28%,回收率在允許範圍內。
[0028]表I回收率實驗結果
[0029]
【權利要求】
1.一種基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，其特徵在於:該方法是將修飾有碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的複合物的玻碳電極，置於含有丙烯醯胺的溶膠凝膠溶液中進行電化學沉積，製得分子印跡電化學傳感器，用該傳感器對樣品中的丙烯醯胺直接進行檢測。
2.如權利要求1所述的基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，其特徵在於:所述複合物是將活化後的碳納米管巰基化，使其表面帶有巰基，再用超純水衝洗，在室溫下乾燥後，按Img帶巰基的碳納米管加Iml金納米粒子溶液的比例，將帶巰基的碳納米管與金納米粒子溶液混合0.5-1.5h,得到碳納米管與金納米粒子的複合物；最後將碳納米管與金納米粒子的複合物與2.0wt%殼聚糖溶液按體積比1:2混合均勻，製得。
3.如權利要求2所述的基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，其特徵在於:所述將活化後的碳納米管巰基化是指在室溫下，將活化後的碳納米管先在體積比為1:1的50mg/mLEDC和50mg/mLNHS的混合液中孵育0.5-1.5h，再於半胱胺中孵育0.5-1.5h，其中，混合液的加入量為每Img活化後的碳納米管加Iml混合液，半胱按的加入量為每Img活化後的碳納米管加Iml半胱胺。
4.如權利要求3所述的基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，其特徵在於:所述碳納米管的活化是將碳納米管置於體積比為3:1的濃硫酸和濃硝酸的混合酸中超聲處理3-4h，將得到的碳納米管溶液用超純水離心衝洗至中性，得到羧基化的碳納米管，其中，混合酸的加入量為每25mg碳納米管加4ml混合酸。
5.如權利要求4所述的基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，其特徵在於，所述離心轉速為9000-11000r/min，時間為4_6min。
6.如權利要求2所述的基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，其特徵在於，所述金鈉米粒子溶液是指按Iml I % HAuCl4溶液加99ml超純水的比例，將HAuCl4溶液和超純水混合，在150-250r/min，220°C下，於磁力攪拌器加熱至沸騰後，再按10ml0.01% HAuCl4溶液加2.4mll %檸檬酸三鈉溶液的比例，迅速加入1%檸檬酸三鈉溶液，繼續攪拌加熱8-12min，待溶液由灰色到透亮的紅色後停止加熱，再攪拌8-12min,冷卻至室溫。
7.如權利要求1所述的基於納米材料複合物的溶膠凝膠分子印跡電化學傳感器檢測丙烯醯胺的方法，其特徵在於，所述含有丙烯醯胺的溶膠凝膠溶液是按4-5mL的四氫呋喃溶液加0.4g-0.6g丙烯醯胺的比例，將丙烯醯胺加入到四氫呋喃溶液中溶解，再於溶解液中按0.4g-0.6g丙烯醯胺加0.2mL功能單體3-氨丙基三甲氧基矽烷的比例加入3-氨丙基三甲氧基娃燒，以250-350r/min攪拌10_15min,最後於溶解液中按0.4g-0.6g丙烯醯胺加.0.8mL交聯劑四乙氧基矽烷和0.3mL 0.lmol/L的氨水的比例加入四乙氧基矽烷和氨水，以250-350r/min 攪拌 2h，即得。
【文檔編號】G01N27/30GK104181216SQ201410471090
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】劉霞, 毛祿剛, 楊陽 申請人:湖南農業大學