分子印迹光学与电化学传感材料的制备与计算机模拟

发布时间：2017-11-04 06:23

  本文关键词：分子印迹光学与电化学传感材料的制备与计算机模拟

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【摘要】：分子印迹聚合物（MIP）是一种具有仿生特征的人工合成的高聚物，它是在模板分子与功能单体存在的条件下，通过加入交联剂与引发剂共同聚合而成，然后用适当的方法将模板分子去除，聚合物中就留下了与模板分子形状和尺寸相当以及官能团的固定排列相匹配的识别位点，使聚合物可以重新识别模板分子或与其结构类似的分子。将MIP应用于化学传感器的研究近些年来取得了很大进展，并引起相关领域研究者的广泛关注。当目标分子与分子印迹传感器结合时，会引起传感系统的某些参数发生变化，比如荧光、电化学活性、光谱性质等等，然后传感元件把这些化学或物理信号转变为可利用的信号输出，最终实现对目标分子的检测。MIP的合成具有一定的经验性，目前也没有一个明确的形成机理。近年来，随着计算机技术与量子力学理论的发展，计算机模拟技术被广泛应用到MIP的理论设计与研究中。虽然计算机模拟不能完全取代实验，但是对于MIP某些性能的研究以及某些行为的预测，仍然具有一定的指导作用，也是一种极具潜力的方法。 本论文使用计算机模拟技术，研究了分子印迹聚合体系中模板分子与单体分子之间的相互作用，并预测了某些反应中模板分子与单体之间的反应比例，为后续的实验提供了一定的理论依据。然后我们采用溶胶-凝胶方法，和电化学聚合技术，分别合成了基于分子间力相互作用的一种分子印迹光学传感器，和三种分子印迹电化学传感器。论文的主要创新性工作如下： 1.综述了分子印迹光学与电化学传感器的发展和主要研究现状。 2.以环丙沙星为模板分子，APTES为功能单体，通过计算机模拟技术，建立了表面分子印迹的理论模型，探讨了单体与模板分子的反应比例对模板-单体复合物结合能的影响，确定了实验中使用的单体与模板分子的摩尔比为2：1，并利用UV-vis光谱证实了这一反应比例的合理性。在实验的设计中，加入磁性Fe3O4纳米粒子和CdTe量子点，在TEOS的水解过程中将Fe3O4和CdTe量子点包裹进入二氧化硅球中。Fe3O4纳米粒子使MIP具有磁性，可以在外加磁场下将聚合物颗粒迅速分离；利用模板分子对聚合物中CdTe量子点的荧光淬灭作用，对其进行检测。结果表明，该MIP对环丙沙星及其结构类似物诺氟沙星都表现出很好的识别性能，并能对人尿样中的环丙沙星和诺氟沙星进行定量检测，检测限为130ng/mL。 3.以三氯生为模板分子，间苯二酚为功能单体，首先通过计算机模拟建立不同比例的模板-单体相互作用的理论模型，预测单体与模板分子中可能形成氢键的质子给体与质子受体位点，计算出模板-单体复合物的结合能。然后探讨了循环伏安电聚合条件（包括聚合电位区间，聚合周数）对分子印迹传感器性能的影响，并在优化的实验条件下于玻碳电极表面合成了三氯生分子印迹传感膜。采用间接测定方法，利用含有0.2M氯化钾的铁氰化钾溶液作为探针溶液对三氯生进行测定，检测的线性范围为1.7～6.7ng/mL，检测限为1.5×10-7ng/mL。并且能对实际样品化妆品乳液中的三氯生进行检测。 4.以间苯二酚和邻苯二胺为复合功能单体，以三氯生为模板分子，对三氯生与单一单体，及复合单体形成的模板-单体复合物最稳定的构型通过计算机进行模拟，同时计算出这些复合物的结合能，结果表明复合单体形成的复合物具有最高的结合能。基于理论计算结果，详细研究了三氯生存在时由复合单体间苯二酚和邻苯二胺共同在玻碳电极表面聚合形成的印迹传感膜的性能。结果表明，与单一单体形成的印迹膜相比，复合单体形成的印迹膜对三氯生的识别范围更宽，为1.7～10.0ng/mL，检测限为4.1×10-7ng/mL。并且能对实际样品化妆品乳液中的三氯生进行检测。 5.以抗坏血酸为模板分子，以吡咯为单体，首先通过计算机模拟研究吡咯与抗坏血酸形成复合物的最优构型，预测分子中氢键的作用位点，研究不同摩尔比的模板-单体复合物的结合能。然后，在柔性的碳布电极表面，通过循环伏安电聚合方法，合成了抗坏血酸分子印迹传感膜。讨论了模板分子浓度、单体浓度、检测介质的pH，聚合周数等实验条件对抗坏血酸分子印迹传感器性能的影响，在最优条件下于碳布电极表面合成了该分子印迹传感膜。该电化学传感器可以对抗坏血酸进行定量检测，检测范围为0.96～7.8mM，检测限为8.6×10-5M，，并能对实际样品果汁中的维生素C（即抗坏血酸）进行测定。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O631.3;TP212

【共引文献】

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本文编号：1138216