本發(fā)明屬于功能性高分子材料制造領(lǐng)域，具體涉及到一種基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物及用其制備的分子印跡電化學(xué)傳感器。

背景技術(shù)：

分子印跡技術(shù)(molecular imprinting technique,MIT)也叫分子模板技術(shù)，是一種分子識(shí)別技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是Fischer的酶與底物作用的“鎖鑰模型”、Pauling提出的抗體形成學(xué)說、以及Dickey的“專一性吸附理論”，即以目標(biāo)分子為模板分子，將具有結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)的功能化聚合物單體通過共價(jià)或非共價(jià)鍵與模板分子結(jié)合，并加入交聯(lián)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)完成后將模板分子洗脫出來，形成一種具有固定空穴大小和形狀及有確定排列功能團(tuán)的交聯(lián)高聚物。這種交聯(lián)高聚物即為分子印跡聚合物(molecular imprinting polymers,MIPs)。分子印跡聚合物屬于人工合成的分子識(shí)別系統(tǒng)，其具有選擇性分子識(shí)別功能。與天然的生物分子識(shí)別體系，如單克隆抗體或受體相比，分子印跡聚合物具有高的穩(wěn)定性和選擇性，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)、機(jī)械性以及卓越的分子識(shí)別性能等。

分子印跡電化學(xué)傳感器由識(shí)別目標(biāo)待測(cè)物的分子印跡聚合物和將生物量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的電化學(xué)轉(zhuǎn)換器兩部分組成，識(shí)別待測(cè)物的分子印跡聚合物以適當(dāng)?shù)姆绞焦潭ㄔ谵D(zhuǎn)換器的表面后，目標(biāo)分子與分子印跡聚合物結(jié)合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)物理或化學(xué)信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換器將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信號(hào)，通過監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)分子的測(cè)定

含硼酸基團(tuán)的化合物與多元醇的相互作用機(jī)理在很多文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道過，在溶液pH＝6～8時(shí)，硼酸基與醇羥基形成共價(jià)鍵，從而形成多元硼酸酯結(jié)構(gòu)。利用此原理，Shoji等使用帶有硼酸的聚合物膜進(jìn)行電極修飾，制備了電位式葡萄糖無酶?jìng)鞲衅?。?dāng)待測(cè)溶液中存在有機(jī)二醇分子時(shí)(如葡萄糖)，電位會(huì)隨著硼酸基團(tuán)與二醇分子之間絡(luò)合常數(shù)的不同而發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄糖的測(cè)定。是一種很具有發(fā)展前景的無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器，但是通過該方法對(duì)葡萄糖分析的選擇性不高，而且對(duì)果糖的響應(yīng)靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)葡萄糖的響應(yīng)靈敏度。

目前，運(yùn)用印跡分子技術(shù)簡(jiǎn)單制備電化學(xué)傳感器用于葡萄糖識(shí)別的方法在國內(nèi)還未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的之一是提供一種基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物及其制備方法。

本發(fā)明的目的之二是提供一種制備過程簡(jiǎn)單，運(yùn)用印跡分子技術(shù)制備的基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器。采用本發(fā)明制備的印跡分子電化學(xué)傳感器可以快速簡(jiǎn)便識(shí)別出待測(cè)溶液中的葡萄糖分子。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物，所述的印跡分子聚合物由苯硼酸類化合物0.02-0.2mol/L、聚合物單體1.0-2.0mol/L、聚合物交聯(lián)劑0.1-0.3mol/L、自由基引發(fā)劑0.1-0.5mol/L、目標(biāo)分子0.02-0.2mol/L和水余量制備。

優(yōu)選的，所述苯硼酸類化合物為取代基中含有碳碳雙鍵并且在一定條件下可以發(fā)生自由基聚合的苯硼酸類化合物；更優(yōu)選的，所述的苯硼酸類化合物為3-丙烯酰胺基苯硼酸或3-(甲基丙烯酰胺基)苯硼酸。

優(yōu)選的，所述的聚合物單體為丙烯酰胺。

優(yōu)選的，所述的聚合物交聯(lián)劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺。

優(yōu)選的，所述自由基引發(fā)劑為可引發(fā)苯硼酸類化合物、聚合物單體和交聯(lián)劑聚合的自由基引發(fā)劑。更優(yōu)選的，所述的自由基引發(fā)劑為過硫酸銨。

優(yōu)選的，所述的目標(biāo)分子為多羥基化合物。更優(yōu)選的，所述的多羥基化合物為葡萄糖。

一種基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物的制備方法，按上述的配比取料，于蒸餾水中，依次加入苯硼酸類化合物、目標(biāo)分子、聚合物單體和聚合物交聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加入自由基引發(fā)劑，攪拌溶解后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，0℃冰水浴緩慢攪拌反應(yīng)10-16h。

一種基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器，制備方法如下：將上述的一種基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物，均勻涂在金屬Pt電極上，之后將Pt電極放入干燥箱內(nèi)，50℃聚合形成無色透明聚合物薄膜，自然冷卻至室溫后放入HCl溶液中，浸泡30-40分鐘，取出，用蒸餾水洗滌，干燥。

本發(fā)明的基本原理如下：

在目標(biāo)分子(如葡萄糖)存在的條件下，充當(dāng)分子模板的目標(biāo)分子(如葡萄糖)與功能性單體苯硼酸類化合物混合，在一定量二次蒸餾水中與聚合物單體丙烯酰胺和交聯(lián)劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺聚合，從而使葡萄糖分子周圍占據(jù)著高度交聯(lián)的聚合結(jié)構(gòu)。聚合結(jié)束后，用一定濃度的酸溶液洗脫，去除聚合物上結(jié)合的目標(biāo)分子，聚合物主體上就形成了與目標(biāo)分子(如葡萄糖)空間構(gòu)型相互匹配的具有多重作用點(diǎn)的孔穴，此孔穴與目標(biāo)分子(葡萄糖)在形狀、大小等方面具有良好的互補(bǔ)性，因此這種印跡聚合物對(duì)葡萄糖及與葡萄糖分子結(jié)構(gòu)相似的客體分子具有較高的特異識(shí)別性能。

上述的一種基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器在檢測(cè)葡萄糖中的應(yīng)用。方法如下：將上述制備的目標(biāo)分子為葡萄糖的印跡分子聚合物修飾的金屬Pt電極，浸泡在一定濃度的葡萄糖-PBS(pH＝7.5)溶液中，提取葡萄糖分子，接下來用該電極在25℃，pH＝7.5的PBS溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安曲線掃描，通過葡萄糖分子在電壓為-0.6V處的氧化峰來識(shí)別葡萄糖分子。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，可簡(jiǎn)單快速識(shí)別出待測(cè)溶液中的葡萄糖分子，準(zhǔn)確性率高。

附圖說明

圖1是對(duì)實(shí)施例1和對(duì)比例1中制備的印跡分子聚合物的紅外譜圖。

圖2是實(shí)施例2、對(duì)比例3和對(duì)比例4制備的修飾電極的電化學(xué)循環(huán)伏安曲線。

圖3是實(shí)施例2的3#電極和實(shí)施例3的4#電極的電化學(xué)循環(huán)伏安曲線。

圖4是印跡分子聚合物制備示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1一種基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物

(一)制備方法：

稱取0.0179g(0.1M)3-丙烯酰胺基苯硼酸，加入到1ml二次蒸餾水中，超聲震蕩使其完全分散，形成白色懸浮液。再依次加入0.0396g(0.2M)葡萄糖、0.0711g(1.0M)丙烯酰胺，0.0308g(0.2M)N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加?.0454g(0.2M)過硫酸銨，攪拌溶解后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，0℃冰水浴緩慢攪拌反應(yīng)11h，得基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物。

(二)對(duì)比例1：

在1ml二次蒸餾水中，依次加入0.0711g(1.0M)丙烯酰胺，0.0308g(0.2M)N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.0396g(0.2M)葡萄糖，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加?.0454g(0.2M)過硫酸銨，攪拌溶解后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，0℃冰水浴緩慢攪拌反應(yīng)11h，得含有葡萄糖的印跡分子聚合物。

(三)對(duì)比例2：

稱取0.0179g(0.1M)3-丙烯酰胺基苯硼酸，加入到1ml二次蒸餾水中，超聲震蕩使其完全分散，形成白色懸浮液。再依次加入0.0711g(1.0M)丙烯酰胺，0.0308g(0.2M)N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加?.0454g(0.2M)過硫酸銨，攪拌溶解后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，0℃冰水浴緩慢攪拌反應(yīng)11h，得含有3-丙烯酰胺基苯硼酸的印跡分子聚合物。

(四)檢測(cè)

印跡分子洗脫：取實(shí)施例1制備的基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物、對(duì)比例1制備的含有葡萄糖的印跡分子聚合物，用微量取樣器分別滴在干凈干燥的載玻片上，50℃干燥，使印跡分子聚合物從乳白色懸濁液形成無色透明聚合物膜。然后將其放入0.01M HCl溶液中浸泡，洗脫聚合物中的葡萄糖分子，30分鐘后取出，干燥，如圖4所示。進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)，結(jié)果如圖1所示。

圖1中結(jié)合實(shí)施例1(圖中b)和對(duì)比例1(圖中a)，其中，1450cm^-1、1536cm^-1、1640cm^-1處為苯環(huán)的C＝C伸縮振動(dòng)吸收，710cm^-1、798cm^-1處為二取代苯的特征吸收。1380cm^-1處為B-O伸縮振動(dòng)，1110cm^-1處為B-C伸縮振動(dòng)。將圖1中a與b相對(duì)比，說明本發(fā)明的印跡分子聚合物主體中含有3-丙烯酰胺基苯硼酸。

實(shí)施例2一種基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器

(一)制備方法

1.印跡分子聚合物：稱取0.0358g(0.2M)3-丙烯酰胺基苯硼酸，加入到1ml二次蒸餾水中，超聲震蕩使其完全分散，形成白色懸浮液。再依次加入0.0396(0.2M)葡萄糖、0.0711g(1.0M)丙烯酰胺，0.0308g(0.2M)N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加?.0454g(0.2M)過硫酸銨，攪拌溶解后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，0℃冰水浴緩慢攪拌反應(yīng)11h，得基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物。

2.修飾電極的制備：將獲得的基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物，用微量取樣器滴在金屬Pt電極(1*1cm²)上，使印跡分子聚合物均勻涂抹在電極上，之后將電極放入干燥箱內(nèi)，50℃聚合，使其在電極表面上形成無色透明聚合物薄膜，自然冷卻至室溫后，將電極浸泡在適量0.01M HCl溶液中，洗脫掉葡萄糖分子，30分鐘后取出，用二次蒸餾水沖洗，然后將電極放入干燥箱內(nèi)干燥，得基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器，記為3#。

(二)對(duì)比例3

1.印跡分子聚合物：對(duì)實(shí)施例2制備的含有葡萄糖的印跡分子聚合物。

2.修飾電極的制備：將實(shí)施例2制備的含有葡萄糖的印跡分子聚合物，用微量取樣器滴在金屬Pt電極(1*1cm²)上，使印跡分子聚合物均勻涂抹在電極上，之后將電極放入干燥箱內(nèi)，50℃聚合，使其在電極表面上形成無色透明聚合物薄膜，自然冷卻至室溫后，用二次蒸餾水沖洗，然后將電極放入干燥箱內(nèi)干燥，得分子印跡電化學(xué)傳感器，記為1#。

(三)對(duì)比例4

1.印跡分子聚合物：稱取0.0358g(0.2M)3-丙烯酰胺基苯硼酸，加入到1ml二次蒸餾水中，超聲震蕩使其完全分散，形成白色懸浮液。再依次加入0.0711g(1.0M)丙烯酰胺，0.0308g(0.2M)N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加?.0454g(0.2M)過硫酸銨，攪拌溶解后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，0℃冰水浴緩慢攪拌反應(yīng)11h，得含有3-丙烯酰胺基苯硼酸的印跡分子聚合物。

2.修飾電極的制備：將獲得的含有3-丙烯酰胺基苯硼酸的印跡分子聚合物，用微量取樣器滴在金屬Pt電極(1*1cm²)上，使印跡分子聚合物均勻涂抹在電極上，之后將電極放入干燥箱內(nèi)，50℃聚合，使其在電極表面上形成無色透明聚合物薄膜，自然冷卻至室溫后，用二次蒸餾水沖洗，然后將電極放入干燥箱內(nèi)干燥，得基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器，記為2#。

(四)檢測(cè)

將上述制備的1#、2#和#3分子印跡電化學(xué)傳感器，在25℃，pH＝7.5PBS緩沖溶液中進(jìn)行伏安曲線掃描，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，1#電極，在電壓為-0.6V時(shí)，有明顯葡萄糖氧化峰出現(xiàn)，說明對(duì)比例1的聚合物主體與葡萄糖分子形成了空間構(gòu)型相互匹配的結(jié)構(gòu)，對(duì)葡萄糖分子起到了的固定作用。2#電極，在電壓為-0.6V時(shí)，沒有明顯氧化峰出現(xiàn)，說明對(duì)比例4的聚合物主體在測(cè)試電壓下，所產(chǎn)生的電化學(xué)信號(hào)不會(huì)對(duì)葡萄糖氧化峰的讀取造成干擾。3#電極，在電壓為-0.6V時(shí)，沒有明顯氧化峰出現(xiàn)，說明作為模板的葡萄糖分子經(jīng)鹽酸洗脫后，脫離了聚合物主體，使聚合物主體上形成了與葡萄糖空間構(gòu)型相互匹配的具有多重作用點(diǎn)的孔穴，并且此孔穴與葡萄糖分子在形狀、大小等方面具有良好的互補(bǔ)性。

實(shí)施例3一種基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器在識(shí)別葡萄糖分子中的應(yīng)用

以實(shí)施例2制備的基于硼酸基團(tuán)的分子印跡電化學(xué)傳感器(印跡分子聚合物修飾的Pt電極3#)，進(jìn)行試驗(yàn)。

葡萄糖分子再吸附：取印跡分子聚合物修飾的Pt電極3#，浸泡在0.02M葡萄糖-PBS溶液(pH＝7.5)中，30分鐘后取出，用二次蒸餾水洗去電極上殘留的葡萄糖-PBS溶液，然后將電極放入干燥箱內(nèi)，干燥，得重新吸附了葡萄糖分子的Pt電極，記為4#。

檢測(cè)：將電極3#和電極4#，在25℃，pH＝7.5的PBS緩沖溶液中進(jìn)行伏安曲線掃描，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，與電極3#相對(duì)照，在電壓為-0.6V時(shí)，電極4#有明顯氧化峰出現(xiàn)，說明4#電極中有葡萄糖分子的存在，而且與電極3#對(duì)比可以說明，本發(fā)明的基于硼酸基團(tuán)的印跡分子聚合物修飾電極可以對(duì)葡萄糖分子有識(shí)別作用。