CN102000537A - 一种抑制过氧化氢的电化学方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑制过氧化氢的电化学方法。本发明方法采用金纳米颗粒与磁性四氧化三铁纳米粒子的电化学传感器抑制过氧化氢。该方法操作简单，稳定性好，且过氧化氢浓度和抑制活性成良好的线性关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种抑制过氧化氢的电化学方法。本发明方法采用金纳米颗粒与磁性四氧化三铁纳米粒子的电化学传感器抑制过氧化氢。该方法操作简单，稳定性好，且过氧化氢浓度和抑制活性成良好的线性关系。
背景技术
金纳米粒子（GNPs）是最稳定的贵金属纳米粒子，由于具有的优异的性能而优于其他类型的纳米粒子，如导电性，生物相容性和催化活性，以及可以大大提高电极表面积而被应用于电化学传感器领域(Li XX, Shen LH, Zhang DD, et al. Biosens Bioelectron. 2008 Jun 15;23(11):1624-30)。另外，适当尺寸和功能化的金纳米粒子接近酶的氧化还原中心，作为“纳米导线”来增强酶的活性(Willner I, Baron R, Willner B. Biosens Bioelectron. 2007 Apr 15;22(9-10):1841-52; Xiao Y, Patolsky F, Katz E, et al. Science. 2003 Mar 21;299(5614):1877-81.)。金纳米粒子在聚电解质多层膜中也可显着改善高密度薄膜电子传输特性( Yu AM, Liang ZJ, Cho JH, Caruso F. Nano Lett. 2003 Sep;3(9):1203-7)。纳米金颗粒主要是通过化学合成方法，利用物理吸附或化学连接在电极表面(Zhang SX, Wang N, Yu HJ, et al. Bioelectrochemistry. 2005 Sep;67(1):15-22)。
磁性四氧化三铁纳米粒子（FNPs）是一种应用广泛地应用于组织成像，基因靶向，蛋白富集和生物传感器。最近报道了纳米四氧化三铁具有类似过氧化氢酶和Fenton试剂的性质，其催化活性高，稳定性强，受温度和pH等影响小，结果表明了其性质要优于天然存在的酶(Gao LZ, Zhuang J, Nie L, et al. Nature Nanotechnology. 2007 Sep;2(9):577-83)。已被应用于过氧化氢和葡萄糖的检测(Zhuang J, Zhang JB, Gao LZ, et al. Materials Letters. 2008 Sep 15;62(24):3972-4; Wei H, Wang E. Anal Chem. 2008 Mar 15;80(6):2250-4)。已有文献报道，具有类酶性质的纳米四氧化三铁可以催化还原过氧化氢(hang LH, Zhai YM, Gao N, et al. Electrochem Commun. 2008 Oct;10(10):1524-6)，并可以检测其含量的纳米材料。此时，纳米颗粒通常和导电聚合物复合，如邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯（PDDA）或聚苯胺（Polyaniline）等。来加快FNPs电子传递的速度及催化效率。
活性氧，包括·O2 –，OH·，·O–，HO2· 及H2O2等，是由生物体新陈代谢产生的副产品，其与机体细胞的许多功能活动及各种疾病密切相关，如癌﹑肿瘤﹑动脉硬化、糖尿病、心脑血栓及衰老等(陈瑗;周玫. 自由基医学基础与病理生理. 北京：人民卫生出版社. 2002:12-3)。在有机组织中，许多酶包括超氧化物歧化酶（SOD），能够催化清除损害活性氧自由基。同时，活性氧也在机体的先天免疫能力方面也发挥了重要作用。活性氧来源于循环单核细胞和中性粒细胞中，并作用于革兰阴性细菌外膜的不饱和脂肪酸，使其发生脂质过氧化反应，并破坏组织结构。在活性氧中，过氧化氢（H2O2）是最稳定的物质，并且可以通过水分子通道扩散穿过生物膜引起蛋白质氧化而遭到破坏，细胞内的H2O2主要是通过SOD或者过渡态金属离子催化·O2 –歧化反应而生成,其机理如如下式a。H2O2对机体的损伤是通过Fenton试剂反应生成破坏性极强的活性OH·，机理如下式b(Yamazaki I, Piette LH, Grover TA. J Biol Chem. 1990 Jan 15;265(2):652-9; Lucas MS, Dias AA, Sampaio A, et al. Water Res. 2007 Mar;41(5):1103-9)。因此，生理条件下的过氧化氢浓度和·O2 –和OH·等活性氧的形成和分解密切相关。
传统的高度灵敏的电化学生物传感器有检测过氧化氢的报道。他们都在使用基于固定化氧化还原蛋白，特别是细胞色素C，其很容易被氧自由基还原，并产生一个典型的催化电流。这些基于蛋白质为基础的生物传感器稳定差，受温度和pH影响较大，同时准备过程也是相当费时。
发明内容
本发明提供了一种抑制过氧化氢的电化学方法。此方法采用金纳米颗粒与磁性四氧化三铁纳米粒子的电化学传感器抑制过氧化氢。
本发明的一个技术方案中，所述的电化学传感器采用三电极系统：玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极。
所述的玻碳电极表面先沉积金纳米粒子，后吸附磁性四氧化三铁纳米粒子。所述的磁性四氧化三铁纳米粒子可以将过氧化氢氧化生成羟基自由基，随着过氧化氢浓度的升高，峰电流逐渐减小。
本发明抑制过氧化氢电化学方法利用磁性四氧化三铁纳米粒子的电化学活性，并利用其能将过氧化氢转化成羟基自由基的活性，阻碍其本身在纳米金原子上电子传递过程。具体的机理是由于FNPs具有类似Fenton试剂的性质，将过氧化氢氧化生成羟基自由基。由于羟基自由基会选择性地占据纳米金的活性位点，与完整的平面金原子所有的d轨道已被电子充满不同，纳米状的金具有的活性位点可以看做是未充满的d轨道，所以，羟基自由基这种中间体就可以占据这些具有活性位点，而影响纳米金的催化性质及导电性，阻碍了电子的传递(Nowicka AM, Hasse U, Hermes M, Scholz F. Angew Chem Int Edit. 2010;49(6):1061-3; Anna Maria Nowicka UH, Gustav Sievers, Mikolaj Donten, Zbigniew Stojek, Stephen Fletcher, Fritz Scholz. Angew Chem Int Edit. 2010;49:1-4)。另一方面，羟基自由基与H2O2的浓度有密切关系，浓度越高，被FNPs催化生成的自由基就越多，这样有更多的活性位点被占据，导致峰电流变低。
本发明抑制过氧化氢的电化学方法采用循环伏安法，测试FNPs/GNPs/GCE复合电极在过氧化氢存在的条件下，随着H2O2浓度的升高，峰电流的变化。
本发明抑制过氧化氢的电化学方法操作简单，稳定性好，且过氧化氢浓度和抑制活性成良好的线性关系。
附图说明
图1是FNPs/GNPs/GCE复合电极在过氧化氢存在的条件下，随着H2O2浓度的升高，峰电流逐渐减小的循环伏安图。
具体实施方式
本发明抑制过氧化氢的电化学方法采用沉积金纳米粒子与磁性四氧化三铁纳米粒子的电化学传感器。此电化学传感器采用三电极系统：玻碳电极(GCE，Φ=4.0 mm)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝为对电极。GCE表面先沉积GNPs，后吸附磁性FNPs。
本发明抑制过氧化氢的电化学方法利用磁性四氧化三铁纳米粒子的电化学活性，并利用其能将过氧化氢转化成羟基自由基的活性，阻碍其本身在纳米金原子上电子传递过程。
当FNPs/GNPs/GCE复合电极在没有过氧化氢存在的条件下，从图1的循环伏安图看出，四氧化三铁不显示任何的催化活性。当体系中加入H2O2时，氧化峰和还原峰的电流均比空白溶液时的电流有明显的降低，而且随着H2O2浓度的升高，峰电流逐渐减小。当H2O2浓度从 0.15 μM 升高到6.1 μM时，氧化峰电流从8.94 μA降低到3.21 μA，且呈线性关系。线性方程为：I= 8.843 -0.864C（I/μA，C/μM），r=0.994。
本发明抑制过氧化氢电化学方法的机理是由于FNPs具有类似Fenton试剂的性质，将过氧化氢氧化生成羟基自由基。由于羟基自由基会选择性地占据纳米金的活性位点，与完整的平面金原子所有的d轨道已被电子充满不同，纳米状的金具有的活性位点可以看做是未充满的d轨道，所以，羟基自由基这种中间体就可以占据这些具有活性位点，而影响纳米金的催化性质及导电性，阻碍了电子的传递(Nowicka AM, Hasse U, Hermes M, Scholz F. Angew Chem Int Edit. 2010;49(6):1061-3; Anna Maria Nowicka UH, Gustav Sievers, Mikolaj Donten, Zbigniew Stojek, Stephen Fletcher, Fritz Scholz. Angew Chem Int Edit. 2010;49:1-4)。另一方面，羟基自由基与H2O2的浓度有密切关系，浓度越高，被FNPs催化生成的自由基就越多，这样有更多的活性位点被占据，导致峰电流变低。
实验结果表明，本发明抑制过氧化氢的电化学方法使过氧化氢浓度和抑制活性成良好的线性关系，且操作简单，没有用到像其他抑制H2O2所必须的酶（如细胞色素C，过氧化氢酶，肌红蛋白等），增加了方法的稳定性。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种抑制过氧化氢的电化学方法，其特征在于，采用一种基于沉积金纳米粒子与磁性四氧化三铁纳米粒子的电化学传感器抑制过氧化氢。
2.根据权利要求1所述的抑制过氧化氢的电化学方法，其特征在于，所述电化学传感器采用三电极系统：玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极。
3.根据权利要求2所述的抑制过氧化氢的电化学方法，其特征在于，玻碳电极表面先沉积金纳米粒子，后吸附磁性四氧化三铁纳米粒子。
4.根据权利要求3所述的抑制过氧化氢的电化学方法，其特征在于，所述的磁性四氧化三铁纳米粒子可以将过氧化氢氧化生成羟基自由基。
5.根据权利要求3所述的抑制过氧化氢的电化学方法，其特征在于，随着过氧化氢浓度的升高，峰电流逐渐减小。
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| CN2010105101405A CN102000537A (zh) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 一种抑制过氧化氢的电化学方法 |
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| CN2010105101405A Pending CN102000537A (zh) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 一种抑制过氧化氢的电化学方法 |
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