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新型表面印迹聚合物的制备及其在样品前处理和传感中的应用

张忠  
【摘要】:样品前处理技术在污染物分析方面一直起着不可替代的重要作用,越是高灵敏的仪器,它对样品的纯度状态要求也越高。分子印迹技术依靠其良好的选择性,在样品前处理、传感、酶模拟等方面取得了快速的发展。本文针对传统分子印迹聚合物存在模板分子洗脱困难、印迹容量低,传递速率慢等缺点,利用一些新型的制备技术和材料,将其与表面印迹技术相结合,开发了一系列新型表面印迹聚合物,并将其运用到环境和生物样品的分析检测和传感中,主要的研究内容和结果如下:(1)均匀核壳印迹聚合物:壳层厚度与吸附容量关系的研究通过核壳乳液聚合法制备了苏丹红核壳印迹聚合物,建立了壳层厚度与吸附容量之间的关系模型。分别采用了三种方法:调节预聚溶液的量、调整SDS的用量和两步升温法对壳层厚度进行可控调节。当壳层厚度为2.60μm时,核壳印迹聚合物具有最高的吸附容量为30.1μmol/g。通过模型拟合,发现静态吸附过程符合Langmuir-Freundlich方程,吸附动力过程符合伪二阶方程。对4种苏丹红样品进行测定,对苏丹红I具有良好的选择性,印迹因子为2.69。建立的核壳厚度与印迹容量之间的模型为制备核壳印迹聚合物和分子识别的理论探索提供了基础。(2)磁性印迹微球的制备及识别检测藻蓝蛋白以藻蓝蛋白为模板,在磁性纳米粒子表面进行氨基修饰、醛基改性,结合细乳液聚合开发了一种简单、高效制备蛋白质磁性核壳印迹微球的方法。得到的印迹微球吸附容量为10.53 mg/g,对藻蓝蛋白具有明显的选择吸附能力,印迹因子为2.41。此外,印迹微球不仅能在宽p H范围内灵敏荧光检测藻蓝蛋白,而且能通过磁场快速分离。印迹微球作为吸附剂也成功应用到电泳预处理中,用于蛋白质的分离提纯。结合表面印迹和磁响应的优点,该方法在未来对细胞中特定蛋白进行特异吸附有巨大发展潜力。(3)磁性印迹微马达的合成及选择性识别和去除海水中的藻蓝蛋白将藻蓝蛋白作为模板分子,用掺杂聚苯乙烯磺酸的聚-乙烯二氧噻吩作为电化学选择性材料,以镍作为磁导航材料,金属铂作为固体支架和催化双氧水水解的催化剂,以多孔模板辅助化学电沉积法形成管状结构,得到了磁性印迹微马达。通过共焦显微镜观察,微马达呈现两种不同的运动轨迹,运动速度也可以通过模型进行计算,表明速度和过氧化氢浓度有线性关系。磁性微马达对藻蓝蛋白具有特异性识别与吸附能力,在海水样品中对分析没有干扰,并能实现对蛋白的吸附、运输可视化。该方法不仅丰富了蛋白质印迹的研究内容,而且为催化微马达多功能、智能化提供了行之有效的思路,具有广泛的应用前景。(4)基于量子点的蛋白质介孔印迹微球的合成及用于荧光检测藻蓝蛋白基于量子点和介孔硅结构,以藻蓝蛋白为模板,采用溶胶–凝胶法制备了一种新型荧光印迹微球,用于特异识别和灵敏检测藻蓝蛋白,其荧光变化服从电子转移引发的荧光猝灭机理。在藻蓝蛋白的存在下,藻蓝蛋白和氨基形成复合物,然后量子点的能量将转移到复合物上,使得量子点的荧光减弱。据此可实现对藻蓝蛋白的高效识别与荧光灵敏检测,在0.02–0.8μM的浓度范围有令人满意的线性,最低检测限达到5.9 n M。此外,以三个浓度水平检测海水和湖水中的藻蓝蛋白,回收率为94.0–105.0%。本研究提供了一种方便、快速识别和检测复杂基质中的痕量蛋白质的有效方法,丰富了蛋白质印迹的相关研究。(5)基于双硫腙螯合作用的汞离子印迹聚合物的制备及在环境和生物样品中的汞形态分析将双硫腙和汞的螯合物为模板分子,用APTES作为功能单体,TEOS作为交联剂,采用溶胶–凝胶法制备汞离子印迹聚合物,用于生物样品中汞的形态分析。所得聚合物对汞离子具有吸附容量高、传质速率快、识别选择性强和抗干扰能力强等优点。该聚合物作为固相萃取吸附剂,实现了高选择性富集环境和生物样品中的汞离子,进而将汞离子分离去除。此外,借助双硫腙的螯合原理,实现了生物样品中汞的形态分析。采用两种法定标准材料对该方法进行验证,具有良好的一致性。证明该方法可以应用于快速、高效去除、浓缩和测定复杂基质中痕量的不同形态汞。


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