基于膜溶性分子印迹聚合物的离子选择性电极检测电中性有机分子

This project is to develop novel polymeric membrane ion-selective electrodes (ISEs) for potentiometric determination of neutral organic species using soluble molecularly imprinted polymers (MIPs) as receptors. The proposed ultra-thin membrane solid-contact ion-selective electrodes will be studied. The interactions between neutral organic molecules and indicator ions at the sample-membrane interface and the potential response mechanism will be clarified. By using the high dilution method, the soluble molecularly imprinted nano-gel polymers can be prepared, which will be used for the first time as the receptors for the polymeric membrane ISEs. The soluble MIPs can provide much more binding sites in the homogeneous membranes and therefore dramatically enhance the molecular recognition of the membrane electrodes. By using the indicator ions which have structures similar to the target molecules, the interactions between the MIPs and the target neural species can be detected. Unlike the sensing mode previously reported, the new method is based on the membrane electrodes conditioned with the indicator ions. This strategy allows the molecular recognition and the potential transduction to be done simultaneously, thus simplifying the detection procedures. By using the ultra-thin membrane solid-contact ISEs, the diffusion of the target molecules and the indicator ions from the membrane surface into the membrane bulk can be largely inhibited, which would greatly enhance the electrode sensitivity. We believe that the proposed methodology can pave the way to using ISEs for selective, sensitive and rapid measurements of neutral organic molecules.

本项目将对电极电位法检测电中性有机分子进行系统研究，深入探讨以膜溶性分子印迹聚合物作为高选择性识别元件构建超薄聚合物膜固体接触式离子选择性电极新方法，阐明电中性有机分子与其指示离子在水/膜界面的作用过程以及电极电位响应新机制。通过采用高度稀释法，合成膜溶性纳米凝胶分子印迹聚合物，首次将其用作聚合物膜离子选择性电极的敏感元件，显著提高聚合物膜的分子识别能力；合成筛选与待测电中性分子具有相似分子结构和键合位点的有机离子作为指示离子，采用指示离子活化电极法，保证分子识别与电位换能过程能够同时进行，大大简化膜电极对电中性有机分子的检测步骤；构建超薄膜固体接触式电极，有效抑制电中性有机分子以及指示离子从水/膜界面向膜内部的扩散作用，显著提高检测灵敏度。本项目在提高电极对电中性有机物高特异性分子识别以及快速、高灵敏检测等方面具有重要的理论和方法上的创新，为电位型传感器在有机物分析领域中的应用做出贡献。

离子选择性电极通常只能检测带电离子，而不适用于电中性有机分子。近年来，人们发展了分子印迹聚合物膜离子选择性电极，有望实现电中性分子检测；然而，高度交联的印迹聚合物识别载体难以溶解于敏感膜中，这严重影响了传感器的响应性能。. 本研究通过合成膜溶性分子印迹聚合物，提高印迹载体的分子识别能力，建立基于膜溶性印迹聚合物的电位检测技术，实现对电中性有机分子的高选择性、高灵敏电位检测；将印迹聚合物覆盖于敏感膜表面，采用指示离子指示表面选择性识别作用，利用计时电位法提高检测灵敏度，发展基于表面印迹技术的电位型传感器。. 项目合成了膜溶性分子印迹聚合物，考察了其识别性能；筛选出了适合的指示离子，测试了指示离子响应性能；采用指示离子活化电极，探讨了电位法快速检测电中性分子新机理；制备了新型的固体接触式离子选择性电极，开发了高灵敏的超薄膜固体接触式电极；发展了基于表面印迹技术的电位型传感器，拓宽了电位法检测电中性分子的方法。 . 项目采用高温溶胀法，合成出了在增塑剂中可溶的印迹聚合物；采用多循环电化学合金/去合金方法，制备了纳米多孔金基固体接触式电极，电位漂移值低至28.3 μV/s；构建了膜溶性印迹聚合物膜离子选择性电极，对电中性双酚AF检测线性范围为0.1-1 μM，检出限为60 nM。开发了基于表面印迹技术的电位型传感器，单个样品检测时间仅需1s。. 项目开发的膜溶性印迹聚合物，将显著提升基于聚合物敏感膜的光、电化学传感器响应性能；开发的电位法检测电中性分子的方法，将极大地拓宽电位分析技术的应用空间。. 共发表SCI论文29 篇，影响因子5.0 以上期刊论文14 篇，2篇发表于《德国应用化学》杂志，4 篇发表于《美国分析化学》杂志；授权发明专利4项，申请发明专利10 项；培养博、硕士毕业生7名；项目组成员在国内外会议上做邀请/口头报告7次；研究团队获得2018年度中国分析测试协会科学技术奖一等奖。