CN102507697A

CN102507697A - 一种基于分子印迹聚合物膜的修饰电极、电化学系统及其应用

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Publication number: CN102507697A
Application number: CN2011103318489A
Authority: CN
Inventors: 卢小泉; 李慧; 王志华; 陕多亮; 仵博万
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN102507697B

Abstract

本发明提供了一种基于分子印迹聚合物膜的修饰电极、电化学系统及其应用，通过碳纳米管分散液的制备，电极的处理，电聚合邻苯二胺-多巴胺复合膜，模板分子的洗脱与富集，修饰电极后处理等步骤得到纳米复合膜修饰电极。本发明通过在修饰了多壁碳纳米管的玻碳电极表面浸泡多巴胺，实现了多巴胺分子的预富集，有效的提高了聚合膜中结合位点的数量，并在聚合邻苯二胺的过程中加入了模板分子，再次提高了聚合膜中结合位点的数量，多壁碳纳米管与聚邻苯二胺均有良好的导电性，成功构建了一种高灵敏度选择性好的多巴胺电化学系统。

Description

一种基于分子印迹聚合物膜的修饰电极、电化学系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种检测多巴胺的分子印迹传感器及其制备方法。

背景技术

分子印迹技术是指制备对某一特定目标分子(模板)具有特异选择性的分子印迹聚合物，即将某个模板分子加入到功能单体中，二者通过共价键或非共价键发生作用，然后通过各种方法（如加入交联剂、引发剂或电化学方法）进行聚合反应，形成高度交联的聚合物。利用化学或物理方法将印迹分子从聚合膜中移出，在高分子内部形成大量的空腔结构，它们的形状以及空腔内各官能团的位置都与该模板分子互补，可以与印迹分子发生特殊作用。

与其它方法相比，基于分子印迹技术的多巴胺电化学系统具有检测时间短、选择性高、成本小、检出限低、物理尺寸可调等优点，有望实现对多巴胺分子的快速灵敏的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、灵敏、快速的检测多巴胺分子的检测电极、其制备方法，及其应用的电化学系统及其用途。

一种修饰电极，其用于检测多巴胺，所述电极包括基底电极、涂覆于所述基底电极表面的碳纳米管膜和涂覆于所述碳纳米管膜表面的分子印迹聚合物膜，所述分子印迹聚合物膜是以多巴胺为模板的分子印迹聚合物膜。此修饰电极对多巴胺有高度的灵敏性和显著的选择性，可以很好的避免其他类似物质的干扰。

所述基底电极是玻碳电极；和/或所述碳纳米管膜选自多壁碳纳米管。

上述修饰电极的制备方法，包括如下步骤：

（1）将碳纳米管涂覆到基底电极的表面，形成表面涂覆有碳纳米管的基底电极；

（2）将上述涂覆碳纳米管膜的基底电极浸入到包含多巴胺分子的邻苯二胺聚合液中，在以基底电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系中，在0V到0.8 V电位范围下循环伏安扫描5-13圈，扫速50-100 mVs^??1, 用二次蒸馏水冲洗，晾干，得到聚邻苯二胺-多巴胺-多壁碳纳米管/玻碳修饰电极；

（3）将上述所得聚邻苯二胺-多巴胺-多壁碳纳米管/玻碳修饰电极浸入到pH 4.6-5.2的盐酸溶液中150-250秒左右，移除印迹分子和吸附在印迹膜表面未聚合的邻苯二胺分子，得到所述修饰电极。

上述修饰电极的用途，用于检测溶液中多巴胺的含量。

一种检测多巴胺用电化学系统，所述的电化学系统中含有工作电极，所述的工作电极为权利要求1所述的修饰电极。所述的电化学系统中还可含有参比电极，和对电极。

一种检测多巴胺的方法，方法如下，将待测多巴胺样品加入到权利要求5所述的电化学系统中，在 -0.2-0.6V电位范围下进行差示脉冲扫描，将测得的峰电流对多巴胺浓度作线性关系图得到标准曲线，根据峰电流即可得到待测多巴胺浓度。

本研究采用易于成膜且膜厚易于控制的电化学聚合技术，以邻苯二胺为交联剂，制备了多巴胺分子印迹聚合膜传感器，并对其性能进行了研究。碳纳米管可以实现直接电子传递，一方面是因为碳纳米管的表面缺陷导致了较高的表面活性，有利于多巴胺和碳纳米管之间的电子传递；另一方面，由于处理好的碳纳米管上存在大量的羧基及羟基可以与多巴胺分子形成氢键，有效的提高了聚合膜中模板分子的数量。多巴胺(dopamine,DA,又名3-羟酪胺)是神经中枢系统内重要的神经递质,心脏病、帕金森氏症、甲状腺荷尔蒙含量、神经肌肉失调和各种精神疾病都与体内多巴胺的失调有关。因此，发展快速简便、费用较低，而且灵敏的多巴胺检测方法非常重要。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本发明采用电化学差示脉冲法、循环伏安法和交流阻抗法等多种电化学方法对修饰电极进行了制备及表征，因此，与其他检测多巴胺方法相比，本发明灵敏度高（检测下限1×10^-9 molL^-1）、扫描得到的曲线相关性较好(R=0.99973)、精密度较高。

2、和其他的检测DA的方法相比较，修饰电极的过程比较简单，成本低。

3、碳纳米管是晶形碳的一种同素异形体，因其独特的原子结构而表现为金属性或半导体性。经过处理过碳纳米管表面存在大量羧基和羟基，所以碳纳米管的水溶性非常好，可以用二次蒸馏水分散，并且碳纳米管表面大量羧基和羟基可以与多巴胺分子之间形成氢键，经过浸泡步骤，可以有效的提高了聚合膜中模板分子的数量。这种独特的电子特性使得它能够促进实现多巴胺分子与电极之间的直接电子转移，成功构建了碳纳米管-聚邻苯二胺-多巴胺纳米复合膜。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为三种不同修饰电极的循环伏安图，A 裸玻碳电极；B多壁碳纳米管修饰的玻碳电极；C聚邻苯二胺修饰的玻碳电极；

图2为图1的内嵌图，是不同修饰电极的阻抗图，A 裸玻碳电极；B多壁碳纳米管-聚邻苯二胺修饰的玻碳电极；

图 3为本发明的修饰电极与裸电极在相同浓度的多巴胺溶液中的循环伏安图，其中，A 本发明的修饰电极；B 裸玻碳电极；

图 4 为修饰电极在不同阶段的循环伏安图：A.裸玻碳电极，B.分子印迹玻碳修饰电极，C.非印记玻碳修饰电极（即在聚合邻苯二胺时不添加模板分子多巴胺），D. 重新结合模板分子的印迹玻碳电极，E.移除模板分子的印迹玻碳电极；

图 5为除去模板分子的电化学系统检测不同浓度的多巴胺得到的差示脉冲曲线(A 到 H 多巴胺浓度依次减小)；

图6为图5的内嵌图，是不同浓度多巴胺与其峰电流的线性关系(R=0.99973)图。

具体实施方式

实验过程中使用的水均为二次蒸馏水，实验所用的试剂均为分析纯。实验均在室温下进行。

使用的仪器和试剂：

多通道电化学工作站（VMP2, 美国Princeton仪器公司）用于交流阻抗实验；石英管加热式自动双重纯水蒸馏器（1810B, 上海亚太技术玻璃公司）用于蒸二次蒸馏水；电子天平（北京赛多利斯仪器有限公司）用于称量药品；超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；三氧化二铝打磨粉（0.30 μm, 0.05μm, 上海辰华仪器试剂公司）用于处理金电极；CHI832电化学工作站（CHI Ⅲ，美国CHI仪器公司）；Ag/AgCl为参比电极；铂为对电极；盐酸多巴胺（阿拉丁试剂公司），邻苯二胺（天津市科密欧化学试剂开发公司）；高纯氮气（纯度为99.999%（O2≤0.001%））。

包括以下步骤：

（1）碳纳米管分散液的制备：将多壁碳纳米管研细，酸化，用二次蒸馏水洗涤至中性，烘干，称取处理后的多壁碳纳米管10 mg，超声分散在5 mL水中，配制成2 mg ml^-1的碳纳米管分散液。

（2）将玻碳电极依次用0.3μm、0.05μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗5分钟。最后将电极放入0.5 molL^-1 H₂SO₄溶液中在 -0.1-1.5V电位范围下采用以玻碳电极为工作电极、铂为对电极、Ag/AgCl为参比电极的三电极体系进行循环伏安扫描10圈 (扫速100 mVs^??1) 得到处理干净的玻碳电极；

（3）将上述处理好碳纳米管用移液枪取5μL滴涂到玻碳电极表面在红外灯下烘干;

（4）将滴涂碳纳米管的玻碳电极浸在50 mmolL^-1 多巴胺水溶液中1小时;

（5）电聚合邻苯二胺:将上述滴涂了多壁碳纳米管的电极浸入到包含模板分子的邻苯二胺聚合液中，以修饰的玻碳电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在0.0 V-0.8 V电位范围下循环伏安扫描9圈(扫速50-100 mVs^??1), 用二次蒸馏水冲洗，晾干，得到聚邻苯二胺-多巴胺-多壁碳纳米/玻碳修饰电极。邻苯二胺聚合液的配置：pH 5.2 的醋酸缓冲液（0.1 molL^-1的氯化钠为支持电解质）包含30 mmolL^-1的多巴胺和90 mmolL^-1的邻苯二胺。

（6）将上述处理好分子印迹修饰电极浸入到pH 5.0的盐酸溶液中200秒，移除印迹分子和吸附在印迹膜表面未聚合的邻苯二胺分子;

（7）将洗脱了模板分子的分子印迹修饰电极浸入到10^-6 mmolL^-1的多巴胺溶液（标准多巴胺溶液）中300秒左右，以修饰的玻碳电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系进行差示脉冲扫描，得到峰电流；

（8）将除去模板分子的印记传感器浸入到不同浓度的多巴胺溶液中，以除去模板的修饰电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在-0.2 V到0.6 V电位范围下进行差示脉冲扫描，得到不同浓度多巴胺的的差示脉冲曲线；，将测得的峰电流对多巴胺浓度作线性关系图得到标准曲线，根据峰电流即可得到待测多巴胺浓度。

根据标准多巴胺溶液的浓度与峰电流即可得到待测多巴胺浓度。

实践中，可选择ZSimp Win电化学交流阻抗拟合软件，采用软件中的R(Q(RW)电路模型对上述步骤中阻抗值(Rct)进行拟合，得到交流阻抗拟合曲线；采用origin软件作图，绘制所述步骤中所得的循环伏安、差示脉冲和交流阻抗拟合曲线。

其中，抗干扰测定的数据如表1所示，

表1. 抗干扰测定数据统计

I_i相同浓度的干扰物峰值；I₀相同浓度的多巴胺峰值。

本发明提供了一种基于多壁碳纳米管-聚邻苯二胺-多巴胺修饰电极及其制备方法。三种不同修饰电极的循环伏安图及内嵌图如图1、图2所示，由图可知，多壁碳纳米管和聚邻苯二胺均具有良好的导电性，且很好地提高了电极的比表面积。对本发明的修饰电极与裸电极对比如图3，由图可知，多壁碳纳米管-聚邻苯二胺分子印迹修饰电极能够有效提高多巴胺分子的峰电流，进而提高检测多巴胺分子的灵敏性。从修饰电极不同阶段的循环伏安图(图4)可知，模板分子多巴胺成功地修饰在印迹膜中。本发明还对不同浓度的多巴胺进行了检测，随着多巴胺浓度的增加峰电流值逐渐增大(如图5所示)，拟合得到峰电流与多巴胺浓度线性关系图；图6所示为图5的内嵌小图，为不同浓度多巴胺与其峰电流的线性关系(R=0.99973)。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种修饰电极，其用于检测多巴胺，所述电极包括基底电极、涂覆于所述基底电极表面的碳纳米管膜和涂覆于所述碳纳米管膜表面的分子印迹聚合物膜，其特征在于，所述分子印迹聚合物膜是以多巴胺为模板的分子印迹聚合物膜。

2.根据权利要求1所述的修饰电极，其特征在于，所述基底电极是玻碳电极；和/或所述碳纳米管膜选自多壁碳纳米管。

3.权利要求1或2所述的修饰电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（2）将上述涂覆碳纳米管膜的基底电极浸入到包含多巴胺分子的邻苯二胺聚合液中，在以基底电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系中，在0.0 V到0.8 V电位范围下循环伏安扫描5-13圈，扫速50-100 mVs^??1, 用二次蒸馏水冲洗，晾干，得到聚邻苯二胺-多巴胺-多壁碳纳米管/玻碳修饰电极；

4.权利要求1所述的修饰电极在检测溶液中多巴胺含量中的应用。

5.一种检测多巴胺的方法用电化学系统，其特征在于，所述的电化学系统中含有工作电极，所述的工作电极为权利要求1所述的修饰电极。

6.根据权利要求5所述的电化学系统，其特征在于，所述的电化学系统中还含有参比电极，和对电极。

7.一种检测多巴胺的方法，其特征在于：方法如下，将待测多巴胺样品加入到权利要求5所述的电化学系统中，在 -0.2-0.6V电位范围下进行差示脉冲扫描，将测得的峰电流对多巴胺浓度作线性关系图得到标准曲线，根据峰电流即可得到待测多巴胺浓度。