新型双单体和双模板分子印迹电化学传感器的构建及计算模拟研究

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingcang_wu
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分子印迹电化学传感器由于独特的选择识别性和高灵敏度等优点在食品安全、环境监测和分析检测等领域具有很高的实际应用价值。本论文揭示了两种新型分子印迹聚合物体系的识别机理,并结合分子印迹技术构置了两种新型电化学传感器。本论文的主要研究内容如下:(1)本文以磺胺二甲基嘧啶(SM2)为模板分子,以甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酰胺(MAM)、噻吩(Th)、吡咯(Py)、3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)为功能单体,建立了表面分子印迹的理论模型,研究了模板-单体复合物的结合能,筛选出最优的功能单体,同时首次探究了磺胺二甲基嘧啶中不饱和环基团与功能单体之间的π-π堆叠作用,进一步深入研究了磺胺二甲基嘧啶与功能单体之间的分子识别机理。在该项理论研究基础上,本文采用一步法电聚合双功能单体制备了磺胺二甲基嘧啶分子印迹聚合物(MIP),并以石墨烯量子点-铂纳米粒子(GQDs-Pt NPs)纳米复合材料为载体制备出磺胺二甲基嘧啶分子印迹电化学传感器。该传感体系中,GQDs-Pt NPs纳米复合材料增大了MIP和基底电极之间电荷转移通道,因此传感器的响应信号大大提高。甲基丙烯酸和3,4-乙烯二氧噻吩双单体组合为模板分子提供大量的吸附结合位点,而且磺胺二甲基嘧啶与双单体之间存在的π-π堆叠作用,进一步提高了分子印迹效率。在最佳实验条件下,该传感器对磺胺二甲基嘧啶的线性范围为0.1 nmol/L~0.1 mmol/L,检出限为0.023 nmol/L。本文首次利用先进的计算方法对双单体分子印迹电化学传感器的设计进行理论指导。与已报道的磺胺二甲基嘧啶分子印迹电化学传感器相比,该传感器具有灵敏度高、选择性好、线性范围宽、制备过程简单及实验成本低等优点。(2)本文采用先进的DFT-GGA-PBE算法,以乙酰甲胺磷、吡虫啉为模板分子,以邻苯二胺、间苯二酚和多巴胺为功能单体,构建了模板-单体复合物最优构型,并计算复合物的结合能,筛选出间苯二酚为功能单体。在该项理论研究基础上,本文采用电聚合的方法合成了乙酰甲胺磷、吡虫啉双模板分子印迹聚合物,并以石墨烯量子点-金纳米粒子(GQDs-Au NPs)纳米复合材料为载体制备出双模板分子印迹电化学传感器。该传感体系中,双模板分子印迹聚合物可以节省传感器的制作成本,赋予传感器双重检测功能,同时,GQDs-Au NPs纳米复合材料可以增强MIP膜与电极活性中心之间的电子转移能力,因此传感器的检测灵敏度大大提高。在最佳实验条件下,该传感器对乙酰甲胺磷、吡虫啉的线性范围分别为0.1 nmol/L~0.1 mmol/L和1nmol/L~0.1 mmol/L,检出限分别为0.034 nmol/L和0.211 nmol/L。该电化学传感器制备方法简单,成本低,改善了传统分子印迹电化学传感器结合能力弱的缺点。该研究对电化学传感器在食品安全、环境监测等领域的应用具有重要价值。
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