韋天新， 丁永紅

(北京理工大學(xué) 原子分子簇科學(xué)教育部重點實驗室， 北京 100081)

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基于表面等離子體共振技術(shù)檢測水楊酸的新方法

韋天新， 丁永紅

(北京理工大學(xué) 原子分子簇科學(xué)教育部重點實驗室， 北京 100081)

水楊酸是一種廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、香料、染料和農(nóng)藥等方面的重要的有機(jī)化工原料，但使用不當(dāng)會對人體造成傷害. 為了對其進(jìn)行快速靈敏的檢測，采用分子印跡技術(shù)，以甲基丙烯酸為單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯作交聯(lián)劑，通過光接枝的方法制備了對水楊酸有特異性吸附的分子印跡聚合物；基于表面等離子體共振檢測技術(shù)研究了此聚合物對不同濃度水楊酸的吸附行為. 結(jié)果表明所制備的聚合物靈敏度高，對目標(biāo)分子有較高的識別特性，在10-11～10-6mol/L濃度范圍內(nèi)對水楊酸的吸附有良好的線性關(guān)系，為水楊酸的快速檢測提供了一種高靈敏度的新方法.

水楊酸；分子印跡技術(shù)；光接枝；表面等離子體共振

分子印跡技術(shù)(MIT)是一種制備對模板分子具有特異性識別能力的聚合物的過程. 模板分子在致孔劑的存在下與功能單體通過弱的相互作用力連接在一起形成主客體配合物，加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑后，通過光或熱等引發(fā)單體聚合，生成分子印跡聚合物(MIP)；之后，采用一定的方法將模板分子從聚合物中洗脫，留下對模板分子具有特定“記憶”功能的三維孔穴，此孔穴可以與模板分子特異性結(jié)合，即對模板具有專一性識別作用. 分子印跡技術(shù)因具有構(gòu)效預(yù)定性、特異識別性和廣泛實用性三大特性，在環(huán)境分析、免疫分析、生物傳感器、藥物手性分離、催化劑等諸多領(lǐng)域[1-5]具有廣闊的應(yīng)用前景.

水楊酸，學(xué)名鄰羥基苯甲酸，是在常溫下比較穩(wěn)定的白色針狀晶體，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和化妝品中，也常作為食品防腐劑和牙膏防腐劑. 水楊酸具有腐蝕作用，濃度過高會對人體造成危害；長期使用也會產(chǎn)生水楊酸中毒效應(yīng)，出現(xiàn)耳鳴、暈眩、倦怠、惡心和電解質(zhì)失調(diào)等情形. 目前已報道的用于檢測水楊酸的方法[6]有偶聯(lián)終點比色法、分光光度法、色譜法和電化學(xué)法等. 但這些方法在某種程度上都具有一定的缺陷性，比如：選擇性差、耗時、樣品制備繁瑣、需要專業(yè)人員操作、成本相對較高等，因此非常有必要建立一種簡便快捷、應(yīng)用范圍廣、靈敏度高、檢出限低的水楊酸檢測技術(shù).

表面等離子體共振(surface plasmon resona-nce， SPR)，又稱表面等離子體子共振，是一種物理光學(xué)現(xiàn)象. 光在棱鏡與金屬膜界面上發(fā)生全反射現(xiàn)象時，會形成消逝波進(jìn)入到光疏介質(zhì)中，而在金屬介質(zhì)中又存在一定的等離子波，當(dāng)兩波相遇時會發(fā)生共振，能量從光子轉(zhuǎn)移到表面等離子，入射光的大部分能量被表面等離子波吸收，使得反射光的能量急劇減少. 由此，在反射光強的響應(yīng)曲線上會得到SPR角. 金屬表面的任何變化都會引起折射率的變化，而表面等離子體共振對折射率的變化非常敏感，因此可以快速、靈敏的檢測分子之間的相互作用，而且不需要標(biāo)記及純化，耗樣量很少，已經(jīng)是當(dāng)前國際傳感器領(lǐng)域的研究熱點之一[7].

本文通過光接枝的方法應(yīng)用分子印跡技術(shù)在SPR傳感芯片上制備了對水楊酸具有特異性識別能力的介孔聚合物，研究了此芯片在乙腈中對水楊酸的吸附行為，并對制備聚合物的選擇性進(jìn)行了表征.

1 實驗部分

1.1 實驗材料

水楊酸(分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%)購于天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；二苯甲酮(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%)購于Acros Organics公司；乙二醇二甲基丙烯酸酯(分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%)購于Aladdin Regent 公司；α-甲基丙烯酸(分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%)和1-十二烷基硫醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%)購于J & K Scientific Ltd.(China)；香草醛(分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%)和對羥基苯甲酸(分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%)購于北京華威銳科化工有限公司；乙醇、乙酸、乙腈均為分析純，購于北京通廣精化學(xué)公司；甲基丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯經(jīng)減壓蒸餾后使用，其余試劑均未經(jīng)任何純化直接使用.

1.2 實驗儀器

實驗所用的設(shè)備為自行搭建的Kretschmann構(gòu)型的表面等離子體共振儀，如圖1所示. 光源是λ=632.8 nm的He-Ne二極管激光，激發(fā)的光透過偏振片形成偏振光束，與LASFN 9玻璃棱鏡(90°，np=1.845)耦合共振，棱鏡底部通過匹配油與制備的SPR芯片相匹配，反射的光信號由檢測器接收，并通過Winspall軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

1.3 水楊酸分子印跡聚合物膜的制備1.3.1 制備前預(yù)處理

以LASFN 9玻璃為基片，采用真空蒸鍍的方法鍍一層45 nm厚的金膜，然后置于1 mmol/L正十二烷基硫醇中自組裝24 h[8]，取出浸泡在純?nèi)軇┲忻芊鈧溆? 利用接觸角儀對自組裝前后金膜表面的潤濕性進(jìn)行表征，結(jié)果如圖2所示，基片與水的接觸角由86.75°增加到102.5°，表明金膜表面形成烷基硫醇自組裝膜后疏水性明顯增加，金膜表面形成了致密的烷基硫醇自組裝膜.

1.3.2 預(yù)反應(yīng)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取0.013 8 g的水楊酸溶于5 mL乙腈中，加入34 μL的α-甲基丙烯酸，超聲振蕩10 min后，室溫下放置10 h，完成預(yù)聚合反應(yīng)，預(yù)聚合的目的是使功能單體與模板分子的結(jié)合位點進(jìn)行有效結(jié)合；隨后，加入57 μL的乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.025 g的二苯甲酮，超聲振蕩5 min；最后，通N2除氧10 min得到預(yù)反應(yīng)溶液.

1.3.3 聚合物膜的現(xiàn)場制備

預(yù)反應(yīng)溶液以0.5 mL/min的流速通入自制的流通池(0.5 cm3)里與自組裝后的基片相接觸，待溶液充滿流通池后停止泵入溶液；以紫外點光源照射至光強降至最低處時撤去光源，即得到水楊酸的分子印跡聚合物膜；隨后，以乙腈：乙酸=9∶1的混合溶液洗去模板分子. 采用同樣的方法制備非印跡聚合物(NIP)作為對照實驗.

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物對水楊酸的結(jié)合動力

為了考察MIP對水楊酸的結(jié)合行為，準(zhǔn)確配制10-7mol/L水楊酸的乙腈溶液以0.25 mL/min的流速泵入流通池20 min后，通入純?nèi)軇?，觀察折射率的變化，結(jié)果如圖3所示.

從圖3可見，在前10 min內(nèi)吸附速率很快，而后趨向緩慢. 這主要是因為MIP是具有立體孔穴結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，可能會存在深孔和淺孔. 開始階段，由于是淺孔對模板分子吸附，所以速率較快，淺層的孔穴飽和后，模板分子向深孔傳質(zhì)有一定的位阻，以致結(jié)合速率下降[9].

2.2 聚合物對水楊酸的吸附行為

準(zhǔn)確配制濃度為10-11～10-6mol/L的水楊酸溶液，取所需濃度的溶液以0.25 mL/min的流速泵入流通池30 min后，通入純?nèi)軇?，以SPR原位檢測反射光強，待反射光強顯示不變時，對其按角度進(jìn)行掃描，得到吸附曲線如圖4(a)所示，從圖4(a)可見，隨著聚合物對水楊酸的吸附共振角逐漸增大. 對所得數(shù)據(jù)線性擬合得圖4(b)，其中Y=0.006 49X-0.034 3，R2=99.5%(n=6)；由此圖可知制備的聚合物在10-11～10-6mol/L濃度范圍內(nèi)對水楊酸的吸附有良好的線性關(guān)系.

2.3 聚合物對水楊酸的選擇性研究

為判斷MIP對水楊酸的選擇性，取10-6mol/L的結(jié)構(gòu)相似的對羥基苯甲酸和香草醛以同樣的方法進(jìn)行吸附檢測，并用NIP對10-6mol/L的水楊酸進(jìn)行檢測. 得到角度變化柱狀圖，如圖5所示. 由圖可知，對相同濃度的溶液，MIP吸附水楊酸引起的角度變化為0.325 7°，吸附對羥基苯甲酸和香草醛引起的變化卻分別為0.060 8°和0.094 5°，相對于水楊酸來說變化非常??；而NIP吸附相同濃度水楊酸角度僅增加了0.035 2°，與MIP引起的變化相差了約10倍. 以上數(shù)據(jù)說明分子印跡聚合物對水楊酸具有高選擇性和良好的識別性能.

3 結(jié) 論

基于分子印跡技術(shù)以甲基丙烯酸為單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，通過光聚合制備了水楊酸的分子印跡聚合物膜[10]，采用表面等離子體共振技術(shù)對其檢測，結(jié)果表明該聚合物對10-11～10-6mol/L濃度范圍內(nèi)的水楊酸有良好的線性吸附，相對于結(jié)構(gòu)類似的對羥基苯甲酸和香草醛有較好的選擇性. 這一方法成本低、選擇性好、靈敏度高且樣品制備簡單，為水楊酸的檢測提供了一種新的途徑.

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(責(zé)任編輯：李兵)

A New Method for the Detection of Salicylic Acid Based on Surface Plasmon Resonance Technology

WEI Tian-xin， DING Yong-hong

(Key Laboratory of Cluster Science of Ministry of Education， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China)

Salicylic acid is a kind of important organic raw material， which is widely used in many fields (medicine， spices， dyes and pesticides etc.). However its improper usage can cause serious harm to human body. A rapid and sensitive detection method of salicylic acid was developed in this paper， based on molecularly imprinted technology， methacrylic acid as monomer， ethyleneglycol dimethacrylate as crosslinking agent. The molecularly imprinted polymer film was prepared by photografting method. Surface plasmon resonance technology was used to study the adsorption behavior of the polymer films at different concentrations of salicylic acid. Results show that the prepared polymer film has a high recognition ability to target molecules. For the concentration range from 10-11to 10-6mol/L， a good linear relationship between the coupling angle shifts and the concentrations of salicylic acid indicates that this is a new potential method for the quick detection of salicylic acid.

salicylic acid; molecular imprinting technique; photografting; surface plasmon resonance

2014-11-26

韋天新(1969—)，男，博士，副教授，E-mail:txwei@bit.edu.cn.

丁永紅(1990—)，女，碩士生，E-mail:973134378@qq.com.

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1001-0645(2016)06-0647-04

10.15918/j.tbit1001-0645.2016.06.018