CN102645476A

CN102645476A - 基于多壁碳纳米管/辅酶q10/离子液体凝胶的修饰电极

Info

Publication number: CN102645476A
Application number: CN2012101516795A
Authority: CN
Inventors: 卢小泉; 茹婧; 杜捷; 周喜斌; 何红霞
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: CN102645476B

Abstract

本发明公开了一种基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。其通过离子液体将多壁碳纳米管和辅酶Q10固定在电极上，从而在电极表面形成一层修饰层，具体是将多壁碳纳米管分散于离子液体中所形成的悬浊液与辅酶Q10的硝基苯溶液混合成胶体，再将胶体涂覆在电极表面，真空干燥，使胶体中的硝基苯挥干，从而得到基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。本发明的修饰电极可直接检测谷胱甘肽，且具有灵敏度高、稳定性强、检测限低的特点。

Description

基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极

技术领域

本发明涉及一种生物传感器，具体地说是一种用于检测谷胱甘肽的基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。

背景技术

生物传感器是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统，具有接受器与转换器的功能。由于这类传感器响应快，灵敏度高，制作简单而被广泛研究和应用。

辅酶Q10（Coenzyme Q10，CoQ10），是一种存在于自然界的脂溶性醌类化合物，其结构与维生素K、维生素E与质体醌相似，它主要存在于多数真核细胞中，尤其是线粒体，是呼吸链组分之一，由其在线粒体内膜上的含量远远高于呼吸链其他组分的含量，而且脂溶性使它在内膜上具有高度的流动性，特别适合作为一种流动的电子传递体。

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。其碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，并具有一些特殊的电学性质，具有很好的导电性，可以实现直接电子传递。碳纳米管独特的纳米结构起到了“分子导线”的作用，将电子传递到酶的氧化还原中心。如它可实现对细胞色素C、天青蛋白、辣根过氧化物酶的直接电化学。

离子液体作为绿色替代溶剂，在电化学中的应用涉及电镀、电池、有机电合成、电催化和电容技术等。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有熔点低、液态温度范围宽、具有可忽略的蒸汽压、高的热稳定性、较好的化学稳定性、宽的电化学窗口等。

谷胱甘肽是属于含有巯基的、小分子肽类物质，具有两种重要的抗氧化作用和整合解毒作用。谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合而成的三肽，半胱氨酸上的巯基为其活性基团（故谷胱甘肽常简写为GSH）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测谷胱甘肽的基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。

本发明的技术方案是：

一种基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极，在电极上覆盖一层疏水性离子液体凝胶，在该疏水性离子液体凝胶中含有1～2mg/L的多壁碳纳米管和1.4～3.5mmol/L的辅酶Q10。

所述疏水性离子液体为烷基咪唑六氟磷酸盐，具体的有1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

制备上述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极的方法，包括如下步骤：

1）将多壁碳纳米管分散于离子液体(IL)中，形成1～2mg/L悬浊液；

2）将辅酶Q10溶于硝基苯中，浓度为4～7mmol/L的溶液；

3）按体积比为（2～3）：1，将步骤1）的悬浊液和步骤2）的溶液混合均匀成胶体；

4）将步骤3）的胶体涂在电极表面，然后真空干燥，使硝基苯挥干，得到基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。

上述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极的用途：用于制备电流型生物传感器。

上述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极的用途：用于检测谷胱甘肽。

本发明的有益效果：

1、本发明在离子液体中加入碳纳米管，碳纳米管是晶形碳的一种同素异形体，因其具有独特的原子结构而表现为金属性或导电性。这种独特的导电性使得它能够增强电极表面的导电性。

2、本发明利用辅酶Q10的不溶于水的性质，成功的将辅酶Q10通过离子液体固定在电极表面。

3、本发明采用多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体修饰电极，制备的这种修饰电极简单，迅速，高灵敏度，并用来检测谷胱甘肽的生物传感器，该修饰电极对谷胱甘肽的检测线性范围为1×10^-8到8×10^-7mol/L。

附图说明

图1为本发明不同修饰电极（玻碳）在0.1-0.2 mol/L, pH为6.8-7.5的 PBS缓冲液（含0.1 mol/L KCl）中的循环伏安图。其中，a: 多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体; b: 辅酶Q10/离子液体; c: 多壁碳纳米管/离子液体; d: 离子液体。扫速：20-50mv/s。

图2为本发明多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜的扫描电化学显微镜表征。

图3为本发明多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极在溶液中的循环伏安图。其中a 为多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0.1-0.2 mol/L PBS缓冲液 (pH=6.8-7.5, 0.1 mol/L KCl) 含 1×10^-5 ～1×10^-8 mol/L 谷胱甘肽的循环伏安图；b为多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0.1-0.2 mol/L PBS 缓冲液(pH=6.8-7.5, 0.1 mol/L KCl)的循环伏安图。扫速：20-50mv/s.

图4为本发明多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0.1-0.2M PBS (0.1 mol/L KCl)包含10-25%的血浆溶液中的差示脉冲图。其中，a为0.1-0.2M PBS (0.1 mol/L KCl)；b为0.1M PBS (0.1 mol/L KCl)包含10-25%的血浆；c为0.1-0.2M PBS (0.1 mol/L KCl) 包含10-25% 血浆及1×10^-5～1×10^-8 mol/L 谷胱甘肽。扫速：20-50mv/s。

图5为本发明多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl)包含10-25%的血清溶液中的差示脉冲图。其中a为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl)；b为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl)包含10-25%的血清；c为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl) 包含10-25% 血清及1×10^-5～ 1×10^-8 mol/L 谷胱甘肽。扫速：20-50mv/s。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的内容，下面结合附图和具体的实施例对本发明再作进一步的说明。

本发明实施例中所使用到的仪器或药品：CHI832电化学分析仪（上海辰华仪器公司）用于差示脉冲实验；饱和甘汞参比电极（上海日岛科学仪器有限公司）；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）用于制备二次蒸馏水；电子天平（北京赛多利斯仪器有限公司）用于称量药品；JSM－6701F 冷场发射型扫描电镜 (日本电子株式会社) 用于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜的形貌表征；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 mm，0.05 mm，上海辰华仪器试剂公司）用于处理玻碳电极；离子液体（简称IL，本发明必须选用疏水性的离子液体，如1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐）（中国科学院兰州化学物理研究所）；辅酶Q10(阿拉丁试剂，上海试剂厂)；谷胱甘肽（缩写GSH）（上海叶源生物技术有限公司）；磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、氯化钾（天津市凯信化学工业有限公司），多壁碳纳米管（缩写MWNTs）（深圳纳米港有限公司）；高纯氮气（纯度为99.999%（O₂≤0．001％））。PBS缓冲液采用磷酸二氢钾和磷酸氢二钾配制。

修饰电极的制备

1）电极的预处理：将玻碳电极依次用0.3μm、0.5μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95～99.5%乙醇、95～99.5%丙酮、二次蒸馏水超声波清洗，得到处理干净的玻碳电极；

2）多壁碳纳米管的纯化：将多壁碳纳米管研细，在体积比为3：1的浓硫酸/浓硝酸混合酸中，120℃油浴加热回流4h，用二次蒸馏水洗涤至中性，置于烘箱中烘干，备用；

3）将纯化后的多壁碳纳米管在超声波作用下分散于离子液体中，形成1～2mg/L悬浊液；

4）将辅酶Q10溶于硝基苯中，制备浓度为4～7mmol/L溶液；

5）按体积比为（2～3）：1，将步骤3）的悬浊液和步骤4）的溶液混合，超声波分散均匀成胶体；

6）取少量步骤5）的胶体放于干净的载玻片上，将经预处理后的玻碳电极在放有胶体的载玻片上轻轻磨几圈，使玻碳电极表面涂覆上一层胶体，然后放入真空干燥器中，真空干燥，使胶体中的硝基苯挥干，得到基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。

所得修饰电极的电化学表征

在电化学工作站的技术选项中选择循环伏安技术和差示脉冲技术，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，玻碳电极（直径为3mm）为工作电极。循环伏安技术和差示脉冲技术的电位窗设置为-0.4 V～-0.9 V。

图1是电极表面修饰有不同物质时，电极在0.1-0.2 mol/L pH=6.8-7.5 PBS缓冲液（含0.1 mol/L KCl）中的循环伏安图，其中，a: 多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体; b: 辅酶Q10/离子液体; c: 多壁碳纳米管/离子液体; d: 离子液体，由图1可知碳纳米管具有一定的导电性使辅酶Q10的还原峰增强。

图2为最后在电极表面所形成的多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜的电镜图片，由图可以看出，成弯曲状缠绕的多壁碳纳米管很好的分散在离子液休中，因此多壁碳纳米管的加入，可以提高辅酶Q10在离子液体中的吸附性。

图3为多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶膜修饰电极分别在0.1-0.2 mol/L ，PH=6.8-7.5的PBS缓冲液（含1×10^-5-1×10^-8 mol/L谷胱甘肽和0.1 mol/L KCl）溶液（曲线a）和0.1-0.2 mol/L ，PH=6.8-7.5的 PBS缓冲液（含0.1 mol/L KCl）溶液（曲线b）中的循环伏安图，可知，谷胱甘肽对辅酶Q10有一定的电流响应，并具有一定的催化性能。

图4为多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极对血浆溶液的差示脉冲图。其中a为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl)；b为0.1 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl)包含10-25%的血浆；c为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl) 包含10-25% 血浆及1×10^-7-1×10^-8 mol/L 谷胱甘肽。

图5为多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极血清溶液的差示脉冲图（图5）。其中a为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl)；b为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl)包含10-25%的血清；c为0.1-0.2 mol/L PBS (0.1 mol/L KCl) 包含10-25% 血清及1×10^-7到 1×10^-8 mol/L 谷胱甘肽。

谷胱甘肽在人体血液中的含量是26-34mg/100g，因此利用多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶薄膜修饰电极可以用来检测血液中的谷胱甘肽，可以用来分析实际血样样品，有望应用于医疗诊断中。

Claims

1.一种基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极，其特征在于：在电极上覆盖一层疏水性离子液体凝胶，在该疏水性离子液体凝胶中含有1～2mg/L的多壁碳纳米管和1.4～3.5mmol/L的辅酶Q10。

2.根据权利要求1所述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极，其特征在于：所述疏水性离子液体为烷基咪唑六氟磷酸盐。

3.根据权利要求2所述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极，其特征在于：所述烷基咪唑六氟磷酸盐为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

4.制备权利要求1所述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将多壁碳纳米管分散于离子液体中，形成1～2mg/L悬浊液；

2）将辅酶Q10溶于硝基苯中，浓度为4～7mmol/L的溶液；

5.权利要求1所述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极的用途，其特征在于：在制备电流型生物传感器中的应用。

6.权利要求1所述基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极的用途，其特征在于：在检测谷胱甘肽中的应用。