基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法
【專利摘要】一種基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印記電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，該方法是將碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的復(fù)合物覆于玻碳電極表面后，將其置于含模板分子、功能單體、交聯(lián)劑的溶膠凝膠溶液中進行電化學(xué)沉積，反應(yīng)完成后除去模板分子，得到的分子印跡電化學(xué)傳感器直接對樣品中的丙烯酰胺進行檢測。上述碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的復(fù)合物是將碳納米管表面的-COOH經(jīng)過修飾后帶上-SH，利用納米金和-SH間的強化學(xué)作用使金納米粒子與碳納米管形成穩(wěn)定的化合物，然后將得到的化合物和殼聚糖混合制得。本發(fā)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(xiàn)性，回收率符合要求，可直接對薯片等油炸食品中的丙烯酰胺進行檢測，具有重要的實際應(yīng)用價值。
【專利說明】基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及食品有害成分的檢測和電化學(xué)傳感器領(lǐng)域，具體的是涉及一種檢測丙烯酰胺的溶膠凝膠分子印跡的電化學(xué)傳感器方法。

【背景技術(shù)】
[0002]丙烯酰胺(aCrylamide，AM)是一種白色晶體物質(zhì)，室溫下穩(wěn)定，易溶于水、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(jīng)系統(tǒng)的損害。動物實驗和體外細(xì)胞實驗都證明AM可導(dǎo)致遺傳物質(zhì)改變和癌癥的發(fā)生。AM被國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)列為2A類致癌物(II A)。
[0003]2002年4月，食品中首次發(fā)現(xiàn)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主要是由于馬鈴薯和谷類食品原料中的天冬酰胺通過美拉德反應(yīng)在經(jīng)過高溫烹調(diào)后生成。2005年，WHO與FAO食品添加劑聯(lián)合專家委員會(JECFA)第64次會議對AM進行了系統(tǒng)的危險性評估，并警告公眾關(guān)注食品中的AM，呼吁采取措施減少食品中AM含量，以確保食品安全。我國將食品中丙烯酰胺的檢測列為“十五”國家重大科技專項“食品安全關(guān)鍵技術(shù)”課題，衛(wèi)生部食品安全計劃也將食品中丙烯酰胺的檢測方法的建立和我國食品中AM分布調(diào)查作為一個重要內(nèi)容。
[0004]目前，食品中丙烯酰胺含量的檢測主要是應(yīng)用現(xiàn)代色譜技術(shù)(GC，LC)等與質(zhì)譜法(MS)串聯(lián)，如液_質(zhì)聯(lián)用法(LC-MS)、氣-質(zhì)聯(lián)用法(GC-MS)、液相色譜_串聯(lián)質(zhì)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復(fù)雜，操作繁瑣，檢測時間長，成本高，且這些分析方法儀器設(shè)備貴重，需專業(yè)人員進行操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，針對目前現(xiàn)有食品中丙烯酰胺的檢測方法中存在的樣品前處理復(fù)雜，操作繁瑣，檢測時間長、成本高的問題，提供一種基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，該方法具有良好的靈敏度，特異性，重現(xiàn)性和回收率，可用于實際食品樣品中丙烯酰胺的檢測。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，該方法是將修飾有碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的復(fù)合物的玻碳電極，置于含有丙烯酰胺的溶膠凝膠溶液中進行電化學(xué)沉積，制得分子印跡電化學(xué)傳感器，用該傳感器對樣品中的丙烯酰胺直接進行檢測。
[0007]上述溶膠凝膠分子印跡傳感器直接檢測丙烯酰胺的具體過程如下，結(jié)合參見圖1:
[0008]1、金鈉米粒子溶液的制備: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，于磁力攪拌器加熱至沸騰后，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(xù)攪拌加熱8-12min，待溶液由灰色到透亮的紅色后停止加熱，再攪拌8-12min，冷卻至室溫，就制得所需的金納米粒子溶液。將得到的金納米粒子溶液置于4°C冰箱中備用。
[0009]2、碳納米管(MWNT)的活化:將碳納米管置于混酸(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)沖洗至中性，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復(fù)合物的制備:在室溫下，將活化后的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活化后的碳納米管加Iml混合液),再于半胱胺中孵化0.5-1.5h (每Img活化后的碳納米管加Iml半胱胺)，使其表面帶有巰基，再用超純水沖洗，在室溫下干燥后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復(fù)合物。然后按體積比1:2的比例將碳納米管與金納米粒子的復(fù)合物與2.0wt%殼聚糖溶液混合均勻。
[0011]4、溶膠凝膠溶液的制備:按0.4g-0.6g丙烯酰胺加4_5mL的四氫呋喃溶液的比例，將丙烯酰胺加入到四氫呋喃溶液中溶解，再于溶解液中按0.4g-0.6g丙烯酰胺加0.2mL功能單體3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的比例加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，以250-350r/min攪拌反應(yīng)10-15min,最后于溶解液中按0.4g-0.6g丙烯酰胺加0.8mL交聯(lián)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(yīng)2h，即得。
[0012]5、傳感器的構(gòu)建:取10-15 μ L碳納米管、金納米和殼聚糖的復(fù)合物滴涂到玻碳電極上，室溫干燥，將修飾好的電極置于制得的溶膠凝膠溶液中，在三電極體系下利用循環(huán)伏安法掃描30圈進行電沉積。將印跡完的電極置于室溫下干燥過夜后再用純乙醇溶液振蕩洗脫，將洗脫后的電極繼續(xù)置于室溫下干燥后，置于含有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，采用差分脈沖伏安法對樣品中的丙烯酰胺進行直接檢測。
[0013]本發(fā)明是先通過將碳納米管表面的-COOH經(jīng)過氨基偶聯(lián)的方法，使其表面連有-SH，利用金納米和-SH間的強化學(xué)作用使金納米粒子與碳納米管形成穩(wěn)定的聚合物，然后將得到的聚合物和殼聚糖混合制得復(fù)合物，再將納米材料與分子印跡凝膠-溶膠技術(shù)相彡口口 ?
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0015]1、本發(fā)明將碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的復(fù)合物覆于玻碳電極表面，利用碳納米管、金納米粒子的雙重強導(dǎo)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(wěn)定性，使得該傳感器既具有較好的靈敏度和較強的穩(wěn)定性，最低檢測限為0.028 μ g/mL。
[0016]2、本發(fā)明有效地將碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的復(fù)合物與分子印跡溶膠-凝膠技術(shù)相結(jié)合。通過分子印跡溶膠-凝膠技術(shù)在該修飾了碳納米管、金納米粒子和殼聚糖復(fù)合物的玻碳電極表面，制備了丙烯酰胺的分子印跡膜進行丙烯酰胺的檢測。該技術(shù)不僅操作條件溫和，容易制備，還可明顯提高分子印跡的選擇性和材料的穩(wěn)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(xiàn)性和回收率，直接對食品中的丙烯酰胺進行檢測，具有重要的實際應(yīng)用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的傳感器構(gòu)建示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的特異性對比圖。
[0019]圖3為本發(fā)明檢測丙烯酰胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線和線性關(guān)系圖。

【具體實施方式】
[0020]實施例1本發(fā)明構(gòu)建的傳感器特異性實驗
[0021]將同一濃度(lyg mL-1)的AM、丙酮、天門冬酰胺、乙酸分別在本發(fā)明制得的分子印跡電化學(xué)傳感器上孵育30min，再進行差分脈沖伏安法測量，對比檢測結(jié)果。取丙酮、丙醛、乙酸分別和AM進行混合后，使其終濃度為lyg mL—1，分別在本發(fā)明制得的分子印跡電化學(xué)傳感器上進行孵育30min，再進行差分脈沖伏安法測量，對比檢測結(jié)果。結(jié)果表明，本發(fā)明構(gòu)建的傳感器有較好的特異性，結(jié)合參見圖2。
[0022]實施例2檢測丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立
[0023]將本發(fā)明構(gòu)建好的傳感器置于含有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，對不同濃度的丙烯酰胺(0-15.0 μ g/mL,η =3)進行測量進行測定，建立檢測丙烯酰胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線，其線性范圍為0.05-5yg mL—1，最低檢測限為0.028yg/mL，見圖3。
[0024]實施例3加標(biāo)回收實驗
[0025]薯片樣品:薯片經(jīng)高效液相色譜法進行檢測，獲知其所含丙烯酰胺的含量，然后取適量丙烯酰胺標(biāo)樣添加到樣品中，設(shè)置0.l，0.2、l、2、4yg/mL 5個濃度，每個濃度設(shè)3個重復(fù)，進行測定。
[0026]樣品前處理:取5g左右薯片樣品置于研缽中研碎，向樣品中加入不同質(zhì)量的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品，然后將樣品轉(zhuǎn)移到50mL離心管中，加入1mL正己烷除脂，氮吹儀吹干，然后加入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(jié)果見表1，薯片回收率實驗回收率為81.4-94.8 %，變異系數(shù)為
2.06-4.28%,回收率在允許范圍內(nèi)。
[0028]表I回收率實驗結(jié)果
[0029]

【權(quán)利要求】
1.一種基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，其特征在于:該方法是將修飾有碳納米管、金納米粒子和殼聚糖的復(fù)合物的玻碳電極，置于含有丙烯酰胺的溶膠凝膠溶液中進行電化學(xué)沉積，制得分子印跡電化學(xué)傳感器，用該傳感器對樣品中的丙烯酰胺直接進行檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，其特征在于:所述復(fù)合物是將活化后的碳納米管巰基化，使其表面帶有巰基，再用超純水沖洗，在室溫下干燥后，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復(fù)合物；最后將碳納米管與金納米粒子的復(fù)合物與2.0wt%殼聚糖溶液按體積比1:2混合均勻，制得。
3.如權(quán)利要求2所述的基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，其特征在于:所述將活化后的碳納米管巰基化是指在室溫下，將活化后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，再于半胱胺中孵育0.5-1.5h，其中，混合液的加入量為每Img活化后的碳納米管加Iml混合液，半胱按的加入量為每Img活化后的碳納米管加Iml半胱胺。
4.如權(quán)利要求3所述的基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，其特征在于:所述碳納米管的活化是將碳納米管置于體積比為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沖洗至中性，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(quán)利要求4所述的基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，其特征在于，所述離心轉(zhuǎn)速為9000-11000r/min，時間為4_6min。
6.如權(quán)利要求2所述的基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，其特征在于，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，于磁力攪拌器加熱至沸騰后，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(xù)攪拌加熱8-12min，待溶液由灰色到透亮的紅色后停止加熱，再攪拌8-12min,冷卻至室溫。
7.如權(quán)利要求1所述的基于納米材料復(fù)合物的溶膠凝膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測丙烯酰胺的方法，其特征在于，所述含有丙烯酰胺的溶膠凝膠溶液是按4-5mL的四氫呋喃溶液加0.4g-0.6g丙烯酰胺的比例，將丙烯酰胺加入到四氫呋喃溶液中溶解，再于溶解液中按0.4g-0.6g丙烯酰胺加0.2mL功能單體3-氨丙基三甲氧基硅烷的比例加入3-氨丙基三甲氧基娃燒，以250-350r/min攪拌10_15min,最后于溶解液中按0.4g-0.6g丙烯酰胺加.0.8mL交聯(lián)劑四乙氧基硅烷和0.3mL 0.lmol/L的氨水的比例加入四乙氧基硅烷和氨水，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(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】劉霞, 毛祿剛, 楊陽 申請人:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)