CN102944548A

CN102944548A - 基于介孔分子筛的电化学发光传感器及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102944548A
Application number: CN2012104808615A
Authority: CN
Inventors: 贾能勤; 吴贝娜; 曹宏梅
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-02-27

Abstract

本发明公开了一种基于介孔分子筛的电化学发光传感器及其制备方法和应用，利用介孔材料ZSM-5大的比表面积、规则的孔道结构和大的吸附容量等优点，结合Nafion膜较好的阳离子交换性能，于玻碳电极表面构建一层ZSM-5/Nafion纳米膜，将其固载大量的发光试剂三联吡啶钌（Ru(bpy)₃ ²⁺），构建基于Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion的电化学发光传感器，并对药物阿奇霉素进行电化学发光检测。结果表明，采用电化学发光方法，介孔ZSM-5纳米材料修饰电极可提高检测阿奇霉素的灵敏度，检测的浓度线性范围宽，检测限低，并且具有良好的稳定性、重现性等传感特性。

Description

基于介孔分子筛的电化学发光传感器及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及电化学传感器领域，具体涉及一种基于介孔分子筛的电化学发光传感器及其制备方法和应用。

背景技术

阿奇霉素（AZM）是1980年发现的新一代大环内酯类抗生素，由红霉素结构修饰后得到的一种广谱抗生素，与红霉素有着相同的受体。在身体组织中，阿奇霉素通常可以在2至4天的半衰期内保持一个较高的组织血液浓度比例。它通过干扰细菌转肽过程而抑制细菌蛋白质的合成，对G+菌、G-菌、支原体、衣原体及军团菌均有较强的抗菌活性，因此适用于上述敏感菌所致的呼吸道、皮肤软组织感染和衣原体所致的传播性疾病。此外，对于治疗儿科病毒性感染也具有较好的疗效。有研究指出阿奇霉素对流感嗜血杆菌、淋球菌的作用比红霉素强4倍，而如今由这些菌导致的性传播疾病发病率较多，另外由沙眼衣原体引起的结膜炎发病率犹为高，世界卫生组织提供的数据显示，大概有八千万的人患有沙眼，因此阿奇霉素以其自身独特的优势和实用性稳居大环内酯类药物龙头。市面上的阿奇霉素药物多为口服型，其用量大约为每剂量含1.0g阿奇霉素。若剂量中阿奇霉素含量过少，则达不到细胞组织液中所需治疗上述各种疾病的阿奇霉素最低用量，从而影响治疗效果；反之，高用药量会对人体组织产生副作用，更为严重的是可能会增加病毒的抵抗力。综合上述因素，发展一种简便、快速、灵敏的方法来检测药物中阿奇霉素的含量,对于监控各类药品中阿奇霉素合理含量具有现实意义。

电化学发光是指物质在电极上经历了高能量的电子转移反应从而形成激发态来发射出光的一种电化学反应。电化学发光由于综合了电化学与光学的双重优点，近年来已逐渐发展为一种新的分析测试方法应用于生物医学检测等诸多领域中。该法相比于高效液相色谱、液相色谱、毛细管电泳和流式注射等具有一定的优势，它不需要加入一定的试剂来分离数据流从而产生光，因其光强是由样品中反应剂在电极上即时产生，从而避免了使用昂贵的仪器，繁杂的样品处理过程以及光强区带展宽而造成的误差。该方法相对于其他的分析方法具有操作简单、检测线性范围宽、灵敏度高、检测限低等优点。

介孔材料因其较大的比表面、高的活性和极大的吸附容量引起研究者极大的关注。此外，介孔材料具有相对大的孔径以及规整的孔道结构，呈现一维六方规则有序排列，同样可以负载较多的分子或基团，从而减少反应物的扩散限制。按照化学组成分类，介孔材料一般可分为硅系和非硅系两大类。ZSM-5作为一种新型硅系材料可用于催化、分离提纯、药物包埋缓释、气体传感等领域。此外，ZSM-5纳米粒子还可以提高某些电化学性质，例如离子的导电性、电极表面的稳定性和电化学稳定窗口。因此，在电化学研究中，ZSM-5因其自身特点的优异性而被认为是比较理想的基质材料，用于构建高性能的化学和生物传感器。

发明内容

本发明旨在提供一种基于Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion的电化学发光传感器，以达到简便、快速、灵敏的方法来检测药物中阿奇霉素的含量的目的。

本发明的技术方案为：

一种基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，包括以下步骤：

（1）将介孔ZSM-5材料溶解于二次蒸馏水并且超声分散，取上述介孔ZSM-5材料溶液滴到经预处理的玻碳电极上，室温下自然风干；

（2）在经步骤（1）处理的玻碳电极上滴加Nafion，室温下自然风干，最后在Ru(bpy)₃ ²⁺溶液中浸泡2-3小时，得基于介孔分子筛的电化学发光传感器。将该传感器置于避光处备用。

步骤（1）中介孔ZSM-5材料与二次蒸馏水的固液比为4-6mg/mL，优选5mg/mL。

步骤（1）中介孔ZSM-5材料溶液分两次滴到经预处理的玻碳电极上。

步骤（2）中Nafion的浓度为0.5-1%wt，优选0.5%wt。

步骤（2）中Ru(bpy)₃ ²⁺溶液的浓度为0.5-1.5×10^-3mol/L，优选1.0×10^-3mol/L。

所述玻碳电极的预处理步骤为：用2^#、5^#金相砂纸抛光打磨玻碳电极，再用0.3和0.05μm的Al₂O₃抛光粉抛光，冲洗去表面污物，然后依次在1:1的HNO₃、无水乙醇、二次蒸馏水中分别超声1-2分钟，用高纯N₂吹干。

所述ZSM-5材料的制备方法为：

（1）将摩尔比为60:1:11.5:1500的四正丁氧基硅烷、异丙氧化铝、四丙基氨、去离子水混合，90-100℃回流18-20小时，然后，将含硅量为整个沸石前驱体胶体5mol%的氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）加入其中，反应6小时，将沸石分子功能化，引入氨基分子；

（2）将其置于高温反应釜，170-180℃反应5-6天，离心分离得到沉淀，用蒸馏水冲洗干净，在110-120℃干燥，然后于550-600℃煅烧3-4小时，得到ZSM-5纳米粒子。

通过上述方法制备的基于介孔分子筛的电化学发光传感器可用于检测药物中阿奇霉素的含量。

本发明的介孔ZSM-5纳米材料合成方法简单，结合Nafion膜修饰电极稳定，可固载大量发光试剂，操作简单易行，无需昂贵仪器，且构建的传感器具有灵敏度高、检测限低、线性范围宽等优点。对阿奇霉素分散片的检测回收率合理，取得了较好的结果。

本发明利用介孔材料ZSM-5大的比表面积、规则的孔道结构和大的吸附容量等优点，结合Nafion膜较好的阳离子交换性能，于玻碳电极表面构建一层ZSM-5/Nafion纳米膜，将其固载大量的发光试剂三联吡啶钌（Ru(bpy)₃ ²⁺），构建基于Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion的电化学发光传感器，并对药物阿奇霉素进行电化学发光检测。结果表明，采用电化学发光方法，介孔ZSM-5纳米材料修饰电极可提高检测阿奇霉素的灵敏度，检测的浓度范围宽，检测限低，并且具有良好的稳定性、重现性等传感特性。本研究探索了一种简便、快捷的检测药物中阿奇霉素的新方法，为基于介孔复合体的电化学发光传感器在药物检测方面的应用提供了依据。

附图说明

图1为ZSM-5的电场发射扫描电子显微镜图（a）和透射电镜图（b）。

图2为Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极在0.1M PBS(pH=7.0)(a)和含有50μM AZM的PBS（b）中的电化学发光电势图。

图3为Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极在不同浓度的AZM中的电化学发光时间响应图，插图为电化学发光强度与浓度的线性关系。

图4为Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极检测AZM的稳定性和重现性。

具体实施方式

实验试剂：阿奇霉素标准品（AZM）购买自上海生工生物公司，Nafion购自Fluka Ltd.有机硅烷(3-氨丙基三甲氧基硅烷，APTMS，25K)，六水合三联吡啶钌（Ru(bpy)₃ ²⁺）购自Sigma-Aldrich。阿奇霉素分散片（天津市健生制药有限公司）。不同pH的磷酸缓冲溶液(PBS,0.1mol/L)由Na₂HPO₄和NaH₂PO₄按不同比例配制而成。所用试剂均为分析纯试剂，所有溶液均用二次蒸馏水配制。

Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极的制备：

首先用2^#、5^#金相砂纸抛光打磨玻碳电极（直径为3mm），再用0.3和0.05μm的Al₂O₃抛光粉抛光，冲洗去表面污物，然后依次在1:1的HNO₃、无水乙醇、二次蒸馏水中分别超声1-2分钟，最后将处理好的电极用高纯N₂吹干。

将10mg介孔ZSM-5材料溶解于2mL二次蒸馏水并且超声分散，取8μL 5mg/mL的介孔ZSM-5材料溶液分两次滴到处理好的玻碳电极上，室温下自然风干，然后滴上4μL Nafion（0.5%wt），自然晾干，最后在避光的条件下浸泡到3mL 1.0×10^-3mol/L Ru(bpy)₃ ²⁺溶液中2小时，构建基于Ru（bpy）₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion的生物传感器，将该传感器置于避光处备用。

Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极对AZM的电化学发光的定性检测：

将Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极置于3mL 0.1M PBS（pH=7.0）缓冲溶液中，产生的光强非常微弱，是一个Ru(bpy)₃ ²⁺自身泯灭的电化学发光过程，加入50μM的AZM后，电化学发光强度明显增强，显示了一个典型的共反应剂电化学发光过程(图2)，且该修饰电极对AZM表现出良好的电化学发光性质。

Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极对AZM的电化学发光的定量检测：

将Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极置于PBS（pH=7.0）缓冲溶液中，随着AZM的不断加入电化学发光强度不断增加，当AZM达到一定的浓度时，光强不再有明显的增幅。以电化学发光强度对加入的AZM的浓度作图得到该传感器检测AZM的线性范围为3.8×10^-3~62.5μM，检测限为1.27nM(S/N＝3)（图3）。将其置于含有不同浓度阿奇霉素的PBS（pH=7.0）中，表现出较好的稳定性和重现性（图4），实验结果表明所制备的传感器具有检测限低，灵敏度高，线性范围宽，稳定性、重现性好等优点。

Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极对实际样品中阿奇霉素的检测：

Ru(bpy)₃ ²⁺/ZSM-5/Nafion修饰电极用来检测市售阿奇霉素分散片中阿奇霉素的含量，在相同浓度的实际样品中分别加入不同浓度的标准样品，得到的回收率在96%~103%范围内。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）在经步骤（1）处理的玻碳电极上滴加Nafion，室温下自然风干，最后在Ru(bpy)₃ ²⁺溶液中浸泡2-3小时，得基于介孔分子筛的电化学发光传感器。

2.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中介孔ZSM-5材料与二次蒸馏水的固液比为4-6mg/mL。

3.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中介孔ZSM-5材料与二次蒸馏水的固液比为5mg/mL。

4.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中介孔ZSM-5材料溶液分两次滴到经预处理的玻碳电极上。

5.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中Nafion的浓度为0.5-1%wt。

6.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中Nafion的浓度为0.5%wt。

7.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中Ru(bpy)₃ ²⁺溶液的浓度为0.5-1.5×10^-3mol/L。

8.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中Ru(bpy)₃ ²⁺溶液的浓度为1.0×10^-3mol/L。

9.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，所述玻碳电极的预处理步骤为：

用2^#、5^#金相砂纸抛光打磨玻碳电极，再用0.3和0.05μm的Al₂O₃抛光粉抛光，冲洗去表面污物，然后依次在1:1的HNO₃、无水乙醇、二次蒸馏水中分别超声1-2分钟，用高纯N₂吹干。

10.权利要求1所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器的制备方法，其特征在于，所述ZSM-5材料的制备方法为：

（1）将摩尔比为60:1:11.5:1500的四正丁氧基硅烷、异丙氧化铝、四丙基氨、去离子水混合，90-100℃回流18-20小时，然后，将含硅量为整个沸石前驱体胶体5mol%的氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）加入其中，反应5-6小时，使沸石分子功能化；

11.基于介孔分子筛的电化学发光传感器，其特征在于，由权利要求1-10任意一项所述方法制备。

12.权利要求11所述的基于介孔分子筛的电化学发光传感器用于检测药物中阿奇霉素的含量。