[发明专利]一种用于检测细菌的电化学阻抗电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于检测细菌的电化学阻抗电极的制备方法，以聚六亚甲基胍和3,4,9,10‑苝四甲酸二酐为原料，通过简单的酸酐氨解反应，合成一类新型高分子杀菌消毒剂——聚六亚甲基胍基苝。该产物不仅提高了聚六亚甲基胍的抗菌活性，而且显著改善了苝系衍生物水溶性较差的缺点。针对合成的七种苝含量不同的聚六亚甲基胍基苝，研究其抗菌活性和聚合物接苝量之间的关系。最后，将聚六亚甲基胍基苝与氧化石墨烯材料结合制备出一种可以用于细菌检测的电极。通过测试交流阻抗值的变化，观察到该电极能够有效地捕捉并杀灭细菌，而且灵敏度较高，可以很好的探测到较低浓度的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌悬浮液。

技术领域

本发明涉及高分子和电化学领域，合成了一种新型高效抗菌剂聚六亚甲基胍基苝，并将其与氧化石墨烯材料结合应用于电化学领域，设计出一种有效检测细菌且灵敏度较高的阻抗电极传感器。

背景技术

消毒剂是一类具有抑制和杀灭微生物作用的化学品，广泛应用在医院、家庭、工厂等领域。环保型高分子聚合物——聚六亚甲基胍(PHMG)具有优越的杀菌活性，在水溶液中能产生电离，亲水基部分含有强烈的正电性，吸附通常呈负电性的各类细菌、病毒，进入细胞膜，抑制膜内脂质体合成，造成菌体凋亡，达到最佳的杀菌效果。

苝类衍生物是一类特殊的稠环结构化合物，有研究表明，这类衍生物可以渗透细胞膜有效地进入细胞。此外，苝类衍生物具有优异的耐热、耐溶剂性能和染色性能，使得对苝类衍生物的研究得到广泛关注。本发明使用的原料之一3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PDA)，由于具有较大的平面环状共轭体系和良好的分子平面性，使得分子间大Π键相互作用增强，具有较大的晶格能，其溶解性能很差，在大多数有机溶剂中几乎不溶，这给苝类衍生物的合成和研究造成很大的不便。为此，对PDA加以化学修饰，以提高其溶解性成为热点课题。

本发明以PHMG和PDA为原料，通过简单的酸酐酰胺化反应合成一系列不同含苝量的聚六亚甲基胍基苝(PBI-PHMG)。PBI-PHMG不仅提高了PHMG的抗菌活性，而且显著改善了原料PDA水溶性较差的缺点。

细菌污染和感染一直是公共健康和人类生活的主要威胁。及时检测致病菌和抑制细菌生长对于预防感染和提高存活率具有重要意义。目前，用于检测病原体的传统方法包括标准平板菌落计数，聚合酶链反应(PCR)和酶联免疫吸附测定(ELISA)。菌落计数方法涉及分离，鉴定，培养和计数，并且是劳动密集型且耗时的(通常为几天)。相比之下，PCR和ELISA方法要快得多。然而，除了昂贵的仪器或试剂之外，这些方法还需要样品预处理，例如细胞裂解和DNA提取，这使测试过程复杂化。因此，这些传统方法仍然留有很大的改进空间，特别是对于实际使用中的病原菌的快速诊断和原位抑制。

分析仪器，材料工程和纳米科学的最新进展为开发快速细菌检测的新策略创造了机会，生物传感器被认为是这方面的理想平台。目前，已经开发了基于电化学，荧光，微流体，核磁共振(NMR)，石英晶体微天平(QCM)，表面等离子体共振(SPR)和表面增强拉曼散射(SERS)技术的用于细菌测试的生物传感器。其中，电化学方法由于其实时检测，高灵敏度和化学信号快速转换成电信号等优点，在特定细菌检测方面具有重要的前景。

基于阻抗的细菌检测因其速度和易用性优于传统的细菌检测方法而成为过去半个世纪的关键技术。该类细菌传感器通过监测电极的阻抗变化或由细菌结合或生长引起的培养基的电导率变化来工作。目前致力于提高传感效率主要涉及制造微电极阵列以增强信号或者动员细菌特异性生物分子(例如，肽，DNA或抗体)以增强细菌结合。然而，微电极阵列的复杂性，生物分子的不稳定性和两者的高成本极大地限制了这种类型的生物传感器的广泛应用。因此，开发一种简单，快速，高效且具有成本效益的阻抗传感器具有重要意义。另外值得注意的是，这些传感器可以同时在食品安全和医学科学领域中用于捕获，检测和抑制病原菌。

在这里，我们提供了一种基于电化学阻抗的多功能电极传感器。将合成的高效抗菌剂PBI-PHMG与氧化石墨烯材料创新性结合，设计出一种有效检测、杀灭细菌且灵敏度较高的阻抗电极传感器。

发明内容