基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的制备方法

摘要

本发明公开一种基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的制备方法，按照如下步骤进行：制备氧化锌纳米花，再制备氧化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，得到氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌/纳米金复合修饰电极，然后再制备修饰了聚合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，除去聚合物中的模板分子，超纯水冲洗后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物。

权利要求

1.一种基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：

a. 将0.5mmoL～8mmoL乙酸锌脱水物于剧烈磁力搅拌下溶于30 mL水中，逐滴加入1mL～30mL乙醇胺，搅拌15 min后转移至不锈钢高压反应釜中，150℃条件下反应8h～16h，冷却，收集产物并用超纯水和乙醇分别洗涤5次，放入干燥箱中于80℃下干燥2 h得到氧化锌纳米花；将2 mg氧化锌纳米花与2 mL超纯水混合得到氧化锌纳米花悬浊液，滴涂到处理过的裸金电极上，得到氧化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，将三电极系统置于含有1% HAuCl4的溶液中，并在-

0.9 V的恒定电势下电沉积200 s，得到氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；

b. 将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极，然后将含0.02～0.4 moL/L N-异丙基丙烯酰胺、0.02～0.4 moL/L甲基丙烯酸、0.02～0.4 moL/L N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及0.5～8 mg/mL模板分子的混合溶液放入电解池内，室温下，将含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极插入到电解池内的混合溶液中，同时插入纳米铂电极作为工作电极、铂丝为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统，在-0.5～0.2 V电位下，施加恒定电位3 h，之后将修饰了聚合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，用超纯水清洗，在含有10 g/L十二烷基硫酸钠的0.1 mol/L乙酸钠溶液中通过电场辅助除去聚合物中的模板分子，超纯水冲洗后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物；所述模板分子为血红蛋白、肌红蛋白或超氧化物歧化酶。

说明书

基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的制备

方法

技术领域

[0001] 本发明公开一种温敏型印迹聚合物，尤其是一种操作简单、成本低廉、具有温度响应性且灵敏度高的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的制备方法。

背景技术

[0002] 纳米材料作为一种最具潜力的新型材料，在短时间内飞速发展。纳米材料的结构单元尺寸介于1 100 nm之间，与普通材料相比具有许多优良特性，例如比表面积大、导电性
~
增加、物理性质发生改变等。氧化锌作为一种n型半导体，已被广泛应用于各种器件应用。由
于其独特的晶体性，可以很容易地合成各种形态，包括纳米棒、纳米片、多孔空心球等。由纳
米棒组成的纳米花具有大的孔隙率和更大的比表面积，同时三维结构为电子转移提供了方
便快捷的通道。金属纳米粒子也是生物传感装置中的常用材料，具有高比表面积、高效催化
能力和能够促进电子转移等特性，常见的纳米金属材料有金粒子、铂粒子、镍粒子等。其中
金纳米粒子因其具有良好的生物相容性，不会破坏生物酶和蛋白质的活性，常常用于蛋白
质浓度的测定。

[0003] 温敏型印迹聚合物以温度敏感型单体作为主单体，用来响应外界环境的刺激，外加适量的辅助功能单体用于与模板分子作用。温敏单体的引入，使印迹聚合物对目标分子
的亲和力可随温度变化而变化，温敏型印迹聚合物还可以增强传质速度，提高吸附容量，在
实际应用中可满足药物控制释放载体、酶模拟、固相萃取、传感器等领域对材料亲和力可调
的要求。

[0004] 由于纳米粒子、温敏型分子印迹聚合物的优点，将其结合制备特定功能性印迹聚合物近年来受到较大关注。虽然目前已有基于血红蛋白、肌红蛋白、超氧化物歧化酶的分子
印迹聚合物，但迄今为止，还没有基于氧化锌纳米花/纳米金复合制备的温敏型分子印迹聚
合物的相关报道。

发明内容

[0005] 本发明是为了解决现有技术所存在的问题，提供一种操作简单、成本低廉、具有温度响应性且灵敏度高的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的制备方法。

[0006] 本发明的技术解决方案是：一种基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：

[0007] a. 将0.5mmoL～8mmoL乙酸锌脱水物于剧烈磁力搅拌下溶于30 mL水中，逐滴加入1mL～30mL乙醇胺，搅拌15 min后转移至不锈钢高压反应釜中，150℃条件下反应8h～16h，
冷却，收集产物并用超纯水和乙醇分别洗涤5次，放入干燥箱中于80℃下干燥2 h得到氧化
锌纳米花；将2 mg氧化锌纳米花与2 mL超纯水混合得到氧化锌纳米花悬浊液，滴涂到处理
过的裸金电极上，得到氧化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，
饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，将三电极系统置于含有1% HAuCl4的溶液中，并
在-0.9 V的恒定电势下电沉积200 s，得到氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；

[0008] b. 将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极，然后将含0.02～0.4 moL/L 
N-异丙基丙烯酰胺、0.02～0.4 moL/L甲基丙烯酸、0.02～0.4 moL/L N，N-亚甲基双丙烯酰
胺以及0.5～8 mg/mL模板分子的混合溶液放入电解池内，室温下，将含溴化合物修饰的氧
化锌纳米花/纳米金复合修饰电极插入到电解池内的混合溶液中，同时插入纳米铂电极作
为工作电极、铂丝为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统，在-0.5～0.2 V电位
下，施加恒定电位3 h，之后将修饰了聚合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，用
超纯水清洗，在含有10 g/L十二烷基硫酸钠（SDS）的0.1 mol/L乙酸钠溶液中通过电场辅助
除去聚合物中的模板分子，超纯水冲洗后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的
温敏型印迹聚合物。

[0009] 所述模板分子为血红蛋白、肌红蛋白或超氧化物歧化酶。

[0010] 本发明制备工艺简单，成本低廉，在增加电极表面积的同时，促进材料的电子传递能力，具有温度响应性，可灵敏识别血红蛋白、肌红蛋白、超氧化物歧化酶，使其检测下限低
至3.0 × 10-14 mg L-1 (S/N=3)。

附图说明

[0011] 图1是本发明实施例1的电极制备过程中，不同修饰电极在含有5mM [FeCN)6]3-/4-+0.1 M KCl（PH 7.0 PBS）溶液中的循环伏安图。

[0012] 图2是本发明实施例1的氧化锌纳米花（A）和氧化锌纳米花/纳米金复合（B）的扫描电镜图。

[0013] 图3是本发明实施例1的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极和裸金电极的峰电流与扫描速率关系曲线图。

[0014] 图4是本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物

[0015] 的温度响应结果图。

[0016] 图5是本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物

[0017] 的选择性效果图。

[0018] 图6是本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物对血红蛋白的差分脉冲伏安曲线（A）和工作曲线（B）。

具体实施方式

[0019] 实施例1：

[0020] a. 将2 mmoL乙酸锌脱水物于剧烈磁力搅拌下溶于30mL水中，逐滴加入7 mL乙醇胺，搅拌15 min后转移到不锈钢高压反应釜中，150℃条件下反应12 h，冷却，收集产物并用
超纯水和乙醇分别洗涤5次，放入干燥箱中于80℃下干燥2 h得到氧化锌纳米花；将2 mg氧
化锌纳米花与2 mL超纯水混合得到氧化锌纳米花悬浊液，滴涂到处理过的裸金电极上，得
到氧化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参
比电极，铂丝为对电极，将三电极系统置于含有1% HAuCl4的溶液中，并在-0.9 V的恒定电
势下电沉积200 s，制备氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；

[0021] b. 将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极，然后将含0.1 moL/L N-异丙
基丙烯酰胺、0.1 moL/L甲基丙烯酸、0.1 moL/L N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及2mg/mL血红蛋
白的混合溶液放入电解池内，室温下，将含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰
电极插入到电解池内的混合溶液中，同时插入纳米铂电极作为工作电极、铂丝为对电极、饱
和甘汞电极为参比电极的三电极系统，在-0.5V电位下，施加恒定电位3h，之后将修饰了聚
合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，用超纯水清洗，在含有10 g/L十二烷基硫
酸钠（SDS）的0.1 mol/L乙酸钠溶液中通过电场辅助除去聚合物中的模板分子，超纯水冲洗
后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物。

[0022] 图1是本发明实施例1的电极制备过程中，不同修饰电极在含有5 mM [FeCN)6]3-/4-+0.1 M KCl（PH 7.0 PBS）溶液中的循环伏安图。

[0023] 图1中曲线1为裸金电极在溶液中的CV曲线，该曲线在0.2 V附近出现[Fe(CN)6]3-/4-探针离子的准可逆特征峰。曲线2是氧化锌纳米花/纳米金复合修饰金电极的CV曲线，
峰电流高于曲线1，说明在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰下，电极的导电性急剧增加。曲线
3为未除去血红蛋白的聚合物修饰电极的CV曲线，峰电流明显低于曲线2，其原因是聚合物
膜作为惰性电子和传质阻挡层，再次阻碍了探针离子向电极表面扩散，导致峰电流降低。曲
线4为除去模板分子（血红蛋白）后的CV曲线，峰电流明显高于曲线3，其原因是当除去模板
分子后，电极表面出现印迹空穴，使探针离子更容易扩散到电极表面，导致峰电流增大。

[0024] 图2是本发明实施例1的氧化锌纳米花（A）和氧化锌纳米花/纳米金复合（B）的扫描电镜图。

[0025] 图2中可观察到氧化锌纳米花的形貌（A），电沉积纳米金后（B），可见金纳米粒子均匀附着在氧化锌纳米花上，说明成功制备氧化锌纳米花/纳米金修饰电极。

[0026] 图3是本发明实例例1的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极和裸金电极的峰电流与扫描速率关系曲线图。

[0027] 图3中由Randles-Sevcik方程( ，n为转移电子数，A为电极的面积，D为扩散系数，C为活性物质的浓度，V为扫描速率，将曲线还原峰电流与扫描
速率的平方根进行作图。如图3所示，可观察到还原峰电流与扫描速率的平方根成正比，表
明该修饰电极表面的反应是由扩散控制的，氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极的斜率约
是裸金电极斜率的2.5倍，表明金电极表面在修饰了氧化锌纳米花/纳米金复合后大大提高
了电极的实际表面积。

[0028] 图4是本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物的温度响应结果。

[0029] 图4表明，随着温度的升高，响应信号（ΔI）逐渐降低，说明在较低温度下，有更多的血红蛋白进入空穴导致电流降低，响应信号变大。这是由于当温度低于聚（N-异丙基丙烯
酰胺）（PNIPAM）的临界溶解温度（33℃）时，PNIPAM的亲水性增加，发生膨胀，从而更易接近
血红蛋白，使血红蛋白进入印迹空穴，导致响应信号变大。由此可见，20℃是检测血红蛋白
的最优条件。

[0030] 图5是本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物

[0031] 的选择性效果图。

[0032] 实验中选择人血清白蛋白（HSA）（MW 69 kDa）、牛血清白蛋白（BSA）（MW 66 kDa）、肌红蛋白（Mb）（MW 17 kDa）、溶菌酶（Lyz）（MW 14.4 kDa）作为干扰物研究本发明实施例1基
于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物对牛血红蛋白（BHb）的选择性。采用差分
脉冲伏安法（DPV）利用本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合
物和非印迹电极（制备方法与实施例1相同，只是制备时不加血红蛋白）测定相同浓度（10-2 
mg·L-1）的不同种蛋白质的响应信号的差异，结果如图5所示。从图5可以看出，本发明实施
例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物比非印迹聚合物具有更大的响
应信号，其中于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物检测BHb的响应信号最大，
分别是HAS、BSA、Mb和LYZ的11.80，8.95，6.47，5.99倍，表明本发明实施例1的于氧化锌纳米
花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物对BHb具有最好的选择性。

[0033] 图6是本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物对血红蛋白的差分脉冲伏安曲线（A）和工作曲线（B）。

[0034] 图6中（A）中曲线1 14分别对应血红蛋白的浓度为0, 10-13, 10-12, 10-11, 10-10, ~
10-9, 10-8, 10-7, 10-6, 10-5, 10-4, 10-3, 10-2, 10-1 mg/L。由图6中可以看出，随着血红
蛋白浓度的增加，DPV峰电流逐渐降低，这可能由于识别了印迹聚合物后，血红蛋白占据印
迹空穴，阻断探针离子扩散到达电极表面，从而导致峰电流下降。根据DPV峰电流差值（响应
信号，ΔI）与血红蛋白浓度对数进行作图，得到本发明实施例1的基于氧化锌纳米花/纳米
金复合的温敏型印迹聚合物检测血红蛋白的工作曲线（B）。从图6中可以看出本发明实施例
1的基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物对血红蛋白浓度的线性响应范围
为1.0×10-13 mg/L 1.0×10-1 mg/L，线性回归方程为ΔI(μA)=2.111 log C(mg/L)+
~
45.994，相关系数为0.996。

[0035] 实施例2：

[0036] a. 将1mmoL乙酸锌脱水物于剧烈磁力搅拌下溶于30mL水中，逐滴加入3 mL乙醇胺，搅拌15min后转移到不锈钢高压反应釜中，150℃条件下反应10 h，冷却，收集产物并用
超纯水和乙醇分别洗涤5次，放入干燥箱中于80℃下干燥2 h得到氧化锌纳米花；将2 mg氧
化锌纳米花与2 mL超纯水混合得到氧化锌纳米花悬浊液，滴涂到处理过的裸金电极上，得
到氧化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参
比电极，铂丝为对电极，将三电极系统置于含有1% HAuCl4的溶液中，并在-0.9 V的恒定电
势下电沉积200 s，制备氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；

[0037] b. 将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极，然后将含0.04 moL/L N-异丙
基丙烯酰胺、0.04 moL/L甲基丙烯酸、0.04 moL/L N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及2mg/mL肌红
蛋白的混合溶液放入电解池内，室温下，将含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修
饰电极插入到电解池内的混合溶液中，同时插入纳米铂电极作为工作电极、铂丝为对电极、
饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统，在0.2V电位下，施加恒定电位3h，之后将修饰了聚
合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，用超纯水清洗，在含有10 g/L十二烷基硫
酸钠（SDS）的0.1 mol/L乙酸钠溶液中通过电场辅助除去聚合物中的模板分子，超纯水冲洗
后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物。

[0038] 实施例3：

[0039] a. 将4mmoL乙酸锌脱水物于剧烈磁力搅拌下溶于30mL水中，逐滴加入15 mL乙醇胺，搅拌15min后转移到不锈钢高压反应釜中，150℃条件下反应14 h，冷却，收集产物并用
超纯水和乙醇分别洗涤5次，放入干燥箱中于80℃下干燥2 h得到氧化锌纳米花；将2mg氧化
锌纳米花与2 mL超纯水混合得到氧化锌纳米花悬浊液，滴涂到处理过的裸金电极上，得到
氧化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比
电极，铂丝为对电极，将三电极系统置于含有1%HAuCl4的溶液中，并在-0.9 V的恒定电势下
电沉积200 s，制备氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；

[0040] b. 将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极，然后将含0.2 moL/L N-异丙
基丙烯酰胺、0.2 moL/L甲基丙烯酸、0.2 moL/L N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及2mg/mL超氧化
物歧化酶的混合溶液放入电解池内，室温下，将含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复
合修饰电极插入到电解池内的混合溶液中，同时插入纳米铂电极作为工作电极、铂丝为对
电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统，在0.1V电位下，施加恒定电位3h，之后将修
饰了聚合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，用超纯水清洗，在含有10 g/L十二
烷基硫酸钠（SDS）的0.1 mol/L乙酸钠溶液中通过电场辅助除去聚合物中的模板分子，超纯
水冲洗后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物。

[0041] 实施例4：

[0042] a. 将0.5mmoL乙酸锌脱水物于剧烈磁力搅拌下溶于30mL水中，逐滴加入1 mL乙醇胺，搅拌15min后转移到不锈钢高压反应釜中，150℃条件下反应8 h，冷却，收集产物并用超
纯水和乙醇分别洗涤5次，放入干燥箱中于80℃下干燥2h得到氧化锌纳米花；将2mg氧化锌
纳米花与2 mL超纯水混合得到氧化锌纳米花悬浊液，滴涂到处理过的裸金电极上，得到氧
化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电
极，铂丝为对电极，将三电极系统置于含有1%HAuCl4的溶液中，并在-0.9 V的恒定电势下电
沉积200 s，制备氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；

[0043] b. 将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极，然后将含0.02 moL/L N-异丙
基丙烯酰胺、0.02 moL/L甲基丙烯酸、0.02 moL/L N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及0.5mg/mL血
红蛋白的混合溶液放入电解池内，室温下，将含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合
修饰电极插入到电解池内的混合溶液中，同时插入纳米铂电极作为工作电极、铂丝为对电
极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统，在-0.5V电位下，施加恒定电位3h，之后将修饰
了聚合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，用超纯水清洗，在含有10 g/L十二烷
基硫酸钠（SDS）的0.1 mol/L乙酸钠溶液中通过电场辅助除去聚合物中的模板分子，超纯水
冲洗后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物。

[0044] 实施例5：

[0045] a. 将8mmoL乙酸锌脱水物于剧烈磁力搅拌下溶于30mL水中，逐滴加入30 mL乙醇胺，搅拌15min后转移到不锈钢高压反应釜中，150℃条件下反应16 h，冷却，收集产物并用
超纯水和乙醇分别洗涤5次，放入干燥箱中于80℃下干燥2h得到氧化锌纳米花；将2mg氧化
锌纳米花与2 mL超纯水混合得到氧化锌纳米花悬浊液，滴涂到处理过的裸金电极上，得到
氧化锌纳米花修饰电极；然后以氧化锌纳米花修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比
电极，铂丝为对电极，将三电极系统置于含有1%HAuCl4的溶液中，并在-0.9 V的恒定电势下
电沉积200 s，制备氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极；

[0046] b. 将巯基封端的含溴化合物自组装在氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极表面，形成含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极，然后将含0.4 moL/L N-异丙
基丙烯酰胺、0.4 moL/L甲基丙烯酸、0.4 moL/L N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及8mg/mL血红蛋
白的混合溶液放入电解池内，室温下，将含溴化合物修饰的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰
电极插入到电解池内的混合溶液中，同时插入纳米铂电极作为工作电极、铂丝为对电极、饱
和甘汞电极为参比电极的三电极系统，在-0.5V电位下，施加恒定电位3h，之后将修饰了聚
合物的氧化锌纳米花/纳米金复合修饰电极取出，用超纯水清洗，在含有10 g/L十二烷基硫
酸钠（SDS）的0.1 mol/L乙酸钠溶液中通过电场辅助除去聚合物中的模板分子，超纯水冲洗
后自然晾干，得到基于氧化锌纳米花/纳米金复合的温敏型印迹聚合物。