CN103884748A - 一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，其包括将玻碳电极进行抛光和清洗预处理；配制含rGO的硫酸溶液，再加入苯胺并充分混合制备电聚合液，将玻碳电极浸入该电聚合液中进行电聚合反应，反应后干燥得到rGO/PANI复合膜修饰电极；配制含功能化金纳米粒、氨基苯硫酚和血清素的PBS溶液，将该溶液静置，得到分子印记自组装溶液；向分子印记自组装溶液中插入rGO/PANI复合膜修饰电极，用计时电流法进行电聚合反应；将电极浸入硫酸溶液中进行处理，得到检测血清素的分子印记电化学传感器。本传感器增加了电极表面的导电性，提高了检测灵敏度和对血清素的选择性、增加了分子印记传感器的灵敏度。

Description

一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法。

背景技术

血清素（Serotonin，5-HT）是一种广泛分布于中枢神经系统的单胺类神经递质，对人类的情绪、睡眠和食欲等有重要的影响，因此，对血清素进行快速、准确的分析测定有助于临床疾病的诊断。一些分析方法，如荧光测定法、酶联免疫法、放射免疫法、化学发光法和质谱分析法等已经用于血清素的分析测定，但这些方法耗时，成本高且需要前处理过程。

电化学传感器是一种重要的电子器件，因其设计简单、灵敏度高、价格低廉等优点，被广泛用于人体检测、临床诊断、环境分析、食品分析和产品检测等，越来越受到人们的关注。分子印记属于超分子化学中主客体化学范畴，来源于高分子化学与材料化学学科交叉的综合学科。分子印记技术是一种制备具有特异选择性或专一选择性聚合物的技术，具有构效预定性、特异识别性和广泛适用性等三大突出优点。目前电聚合分子印记传感器传感膜已有公开的报道，用分子印记方法富集检测血清素已有文献报道。Wilney de JesusRodrigues Santos等人在文献（Analytica Chimica Acta，2009,631,170-176）中提出了一种利用氯高铁血红素结合分子印记技术来富集并催化检测血清素含量的方法；Shabi Abbas Zaidi等人在文献（Electrophoresis，2013，34，1375-1382）中提出了一种利用双模板分子印记结合毛细管电泳的方法检测血清素含量的方法，但是这些方法的检测灵敏度低，不能准确地检测生物样品中血清素的含量。

由于血清素存在于复杂基质中，含量低、分析检测难度大，其痕量分析仍是目前亟待解决的问题。现有的测定方法都存在样品处理方法复杂、成本高等问题，因此，建立简便、低成本、高灵敏度和高选择性的血清素检测方法，对加快分析检测技术发展具有重要意义。结合分子印记技术的优良选择性进行样品前处理可实现痕量目标物的快速富集。曾有报道以分子印记技术结合传统分析方法检测复杂样品中的血清素，虽然可提高检测的灵敏度和准确性，但仍然面临样品处理复杂、耗时多的缺点。电化学传感器最大的优势在于灵敏度高、方便快捷，可以实现实时检测。传统的电化学检测多数局限于本身具有电化学活性的待测物，与分子印记相结合的电化学传感器有望突破传统的局限，可通过待测目标物与特异性孔穴结合阻塞探针分子的通路产生电化学响应。但电聚合到电极上的分子印记层多为不导电或弱导电物质，大大影响了传感器的灵敏度。如何克服现有技术的不足已成为分析检测技术领域中亟待解决的重点难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，该方法具有综合电化学传感器，还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料与金纳米粒掺杂的印记聚合物的优点，构筑用于检测血清素的分子印记电化学传感器，以实现对生物样品中血清素的高灵敏度、高选择性及快速检测。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，其包括以下步骤：

（1）电极预处理：将玻碳电极进行抛光和清洗预处理；

（2）rGO/PANI复合膜修饰电极制备：配制含rGO的硫酸溶液，再加入苯胺并充分混合制备电聚合液，将步骤（1）得到的玻碳电极浸入该电聚合液中进行电聚合反应，反应后干燥得到rGO/PANI复合膜修饰电极；

（3）分子印记电聚合溶液配制：配制含功能化金纳米粒、氨基苯硫酚和血清素的PBS溶液，将该溶液除氧后密封，在避光环境下静置，得到分子印记自组装溶液；

（4）电聚合反应：向分子印记自组装溶液中插入所述rGO/PANI复合膜修饰电极，于0.2～1.2V电位下，用计时电流法进行电聚合反应；

（5）模板分子洗脱：将步骤（4）得到的电极浸入硫酸溶液中，在-0.8～-0.2V电位下进行处理，得到检测血清素的分子印记电化学传感器。

在步骤（1）中，优选的，将玻碳电极抛光，先依次用乙醇和水超声清洗，然后用双蒸水淋洗并用氮气吹干完成预处理步骤。

在步骤（2）中，优选的，配制含rGO的硫酸溶液后进行超声处理；加入苯胺后先通氮除氧，再进行超声处理制备电聚合液；该步骤中的电聚合反应采用循环伏安法或计时电流法。电聚合液中rGO的浓度为2～14μg/mL；硫酸浓度为0.3～0.6mol/L；苯胺的浓度为0.02～0.10mol/L，超声时间为30～80min；电聚合电位为-0.5～1.0V。

在步骤（3）中，优选的，含功能化金纳米粒、氨基苯硫酚和血清素的PBS溶液配制后，用氮气除氧后密封，在20～30℃和避光环境下放置2～8h，得到分子印记自组装溶液。氨基苯硫酚为对氨基苯硫酚、邻氨基苯硫酚或间氨基苯硫酚；所述PBS溶液中功能化金纳米粒、氨基苯硫酚和血清素的浓度依次为12～28μg/mL、6～14mmol/L和0.5～1.4mmol/L。

在步骤（4）中，优选的，先将分子印记自组装溶液避光通氮气，然后再插入rGO/PANI复合膜修饰电极；该步骤中的电聚合反应时间为200～700s，反应后取出、淋洗和吹干。

在步骤（5）中，所述硫酸溶液的浓度为0.2～1.2mol/L；该步骤中的处理时间为200～600s。

本发明与现有技术相比其显著优点是：一是本发明通过电聚合将rGO/PANI复合膜修饰到电极表面，还将分子印记与电化学传感器相结合，进一步将金纳米粒掺杂至分子印记聚合物膜中，多结构之间的相互配合协同下，大大增加了电极表面的导电性，提高了检测灵敏度，不但提高了电化学传感器的选择性，可实现对生物样品中血清素的选择性检测，而且响应快速、稳定性和耐受性好，可实现生物样品中血清素的高效、灵敏和实时检测。其还弥补了印记聚合物膜导电性及催化性能低的缺陷，大大增加了分子印记传感器的灵敏度。本发明对临床诊断、病理学研究、生物化学进步、神经化学发展等具有重要意义。

附图说明

图1是本发明传感器制备方法的流程示意图。

图2是本发明传感器制备过程中各阶段循环伏安对比图。

图3是本发明传感器的选择性试验DPV图。

图4是本发明传感器的安培计时电流响应曲线（i-t曲线）及标准曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

结合图1，本发明提出的一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，经步骤一电极预处理、步骤二rGO/PANI复合膜修饰电极制备、步骤三分子印记电聚合溶液配制、步骤四电聚合反应以及步骤五模板分子洗脱，而制得检测血清素的分子印记电化学传感器。以下列举的实施例公开了本发明的具体实施方式。

本发明采用的试剂均为分析纯。本发明的实施例中选用的试剂的来源：Al₂O₃（0.05μm，上海辰华仪器有限公司），石墨粉（Alfa Aesar公司），血清素、多巴胺（常州亚邦制药有限公司），硼氢化钠（NaBH₄）、抗坏血酸、尿酸、肾上腺素、无水乙醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），氯化钾（KCl）、铁氰化钾（K₃Fe(CN)₆）（分析纯，上海新宝精细化工厂），磷酸二氢钠（NaH₂PO₄·2H₂O）、磷酸氢二钠（Na₂HPO₄·12H₂O）（南京化学试剂有限公司），氯金酸、对氨基苯硫酚（p-aminothiophenol,pATP）（阿拉丁试剂有限公司），硫酸（H2SO4，上海化学试剂有限公司），苯胺（上海凌峰化学试剂有限公司），实验用水为二次蒸馏水，0.2mol/L Na₂HPO₄和0.2mol/L NaH₂PO₄水溶液配制pH7.0的磷酸盐缓冲溶液（phosphate buffered solution,PBS）。

本发明涉及的还原氧化石墨烯（rGO）可采用现有方法制备（参见Stankovich,S.;Dikin,D.A.;Piner,R.D.;Kohlhaas,K.A.;Kleinhammes,A.;Jia,Y.Y.;Wu,Y.;Nguyen,S.T.;Ruoff,R.S.Carbon2007,45,1558.）。

本发明涉及的对电化学传感器的检测方法可选用以下任一方法：

循环伏安法（CV）：检测电位范围为-0.1～0.4V，扫描速率为100mV/s。测试底液为0.1mol/L KCl和1mmol/L K3Fe(CN)6溶液。

差示脉冲法（DPV）：检测电位范围为-0.2～0.5V，扫描速率为50mV/s，电位增量为0.005V，振幅为0.05V，脉冲宽度为0.1s，采样宽度为0.02s，静止时间为2s。测试前电极在H₂SO₄溶液中清洗至背景电流恢复。测试底液为含有一定浓度血清素的PBS溶液。

样品测定：取0.5mL人血样，用稀释过的氨水进行蛋白沉淀并离心处理得到血清样品，再以1:10的比例用PBS进行稀释，通氮气10min，采用DPV法测定样品中血清素的浓度，进行加样回收率试验。

本发明的实施例中涉及的rGO、功能化金纳米粒的制备方法如下：

rGO：首先依照Hummers（参见Hummers,W.S.;Offeman,R.E.J.Am.Chem.Soc.1958,80,1339.）法通过石墨粉合成出氧化石墨烯（GO）。将50mg GO和100mL超纯水加入至250mL三口烧瓶中并超声至均匀，然后加入16mmol水合肼并在85℃条件下加热搅拌10h，所得产物用超纯水进行过滤洗涤，即得。（参见Stankovich,S.;Dikin,D.A.;Piner,R.D.;Kohlhaas,K.A.;Kleinhammes,A.;Jia,Y.Y.;Wu,Y.;Nguyen,S.T.;Ruoff,R.S.Carbon2007,45,1558.）。

功能化金纳米粒：将10mL含32mg氯金酸的乙醇溶液与5mL含6mg pATP的甲醇溶液混合，在冰浴中搅拌1h，然后迅速加入2.5mL0.5mol/L硼氢化钠溶液，然后在冰浴中搅拌1h，再于室温下搅拌10h，最后所得溶液分别用甲醇和乙醇清洗2次，即得功能化金纳米粒（参见Frasconi,M.,Tel-Vered,R.,Riskin,M.,Willner,I.,2010.J.Am.Chem.Soc.82,2512-2519）。

实施例1

一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，电极预处理：将玻碳电极经0.05μm的A1₂O₃悬浊液抛光后，用双蒸水淋洗，人然后依次用无水乙醇、去离子水超声清洗1min，最后再用双蒸水淋洗并用氮气吹干；

步骤二，rGO/PANI复合膜修饰电极制备：配制浓度为2μg/mL的rGO硫酸溶液（0.3mol/L）并超声处理30min，然后加入苯胺配制成0.02mol/L的浓度并通氮气除氧后再超声30min。将步骤一预处理后的玻碳电极浸入到含rGO和苯胺的硫酸溶液中，用循环伏安法（-0.5～0.7V）进行电聚合后并吹干，得到rGO/PANI复合膜修饰电极；

步骤三，分子印记自组装溶液配制：配制含0.5mmol/L血清素，12μg/mL功能化金纳米粒和6mmol/L邻氨基苯硫酚的PBS溶液，将该溶液用氮气除氧10min后密封，在室温和避光环境下放置2h，得到分子印记自组装溶液；

步骤四，电聚合反应：将步骤三得到的分子印记自组装溶液倒入反应容器中，避光、通氮气5min后，插入步骤二得到的rGO/PANI复合膜修饰电极，于+0.2V电位下，应用计时电流法电聚合200s，然后取出、用去离子水淋洗和氮气吹干；

步骤五，模板分子洗脱：将步骤四得到的电极浸入硫酸溶液中，在-0.8V电恒电压、0.2mol·L^-1H₂SO₄溶液中处理200s去除模板分子，然后取出，用去离子水反复淋洗干净、氮气吹干，得到检测血清素的分子印记电化学传感器。

实施例2

一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，电极预处理：将玻碳电极经0.05μm的A1₂O₃悬浊液抛光后，用双蒸水淋洗，人然后依次用无水乙醇、去离子水超声清洗1min，最后再用双蒸水淋洗并用氮气吹干；

步骤二，rGO/PANI复合膜修饰电极制备：配制浓度为6μg/mL的rGO硫酸溶液(0.4mol/L)并超声处理50min，然后加入苯胺配制成0.04mol/L的浓度并通氮气除氧后再超声50min。将步骤一预处理后的玻碳电极浸入到含rGO和苯胺的硫酸溶液中，用循环伏安法（-0.3～0.9V）进行电聚合后并吹干，得到rGO/PANI复合膜修饰电极；

步骤三，分子印记自组装溶液配制：配制含0.7mmol/L血清素，16μg/mL功能化金纳米粒和8mmol/L对氨基苯硫酚的PBS溶液，将该溶液用氮气除氧10min后密封，在室温和避光环境下放置4h，得到分子印记自组装溶液；

步骤四，电聚合反应：将步骤三得到的分子印记自组装溶液倒入反应容器中，避光、通氮气5min后，插入步骤二得到的rGO/PANI复合膜修饰电极，于+0.6V电位下，应用计时电流法电聚合400s，然后取出、用去离子水淋洗和氮气吹干；

步骤五，模板分子洗脱：将步骤四得到的电极浸入硫酸溶液中，在-0.6V电恒电压、0.5mol·L^-1H₂SO₄溶液中处理400s去除模板分子，然后取出，用去离子水反复淋洗干净、氮气吹干，得到检测血清素的分子印记电化学传感器。

实施例3

一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，电极预处理：将玻碳电极经0.05μm的A1₂O₃悬浊液抛光后，用双蒸水淋洗，人然后依次用无水乙醇、去离子水超声清洗1min，最后再用双蒸水淋洗并用氮气吹干；

步骤二，rGO/PANI复合膜修饰电极制备：配制浓度为10μg/mL的rGO硫酸溶液(0.5mol/L)并超声处理60min，然后加入苯胺配制成0.08mol/L的浓度并通氮气除氧后再超声60min。将步骤一预处理后的玻碳电极浸入到含rGO和苯胺的硫酸溶液中，用循环伏安法（-0.2～0.8V）进行电聚合后并吹干，得到rGO/PANI复合膜修饰电极；

步骤三，分子印记自组装溶液配制：配制含1.0mmol/L血清素，20μg/mL功能化金纳米粒和10mmol/L对氨基苯硫酚的PBS溶液，将该溶液用氮气除氧10min后密封，在室温和避光环境下放置6h，得到分子印记自组装溶液；

步骤四，电聚合反应：将步骤三得到的分子印记自组装溶液倒入反应容器中，避光、通氮气5min后，插入步骤二得到的rGO/PANI复合膜修饰电极，于+0.9V电位下，应用计时电流法电聚合500s，然后取出、用去离子水淋洗和氮气吹干；

步骤五，模板分子洗脱：将步骤四得到的电极浸入硫酸溶液中，在-0.4V电恒电压、0.8mol·L^-1H₂SO₄溶液中处理500s去除模板分子，然后取出，用去离子水反复淋洗干净、氮气吹干，得到检测血清素的分子印记电化学传感器。

实施例4

一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，电极预处理：将玻碳电极经0.05μm的A1₂O₃悬浊液抛光后，用双蒸水淋洗，人然后依次用无水乙醇、去离子水超声清洗1min，最后再用双蒸水淋洗并用氮气吹干；

步骤二，rGO/PANI复合膜修饰电极制备：配制浓度为14μg/mL的rGO硫酸溶液(0.6mol/L)并超声处理80min，然后加入苯胺配制成0.10mol/L的浓度并通氮气除氧后再超声80min。将步骤一预处理后的玻碳电极浸入到含rGO和苯胺的硫酸溶液中，用循环伏安法（-0.1～1.0V）进行电聚合后并吹干，得到rGO/PANI复合膜修饰电极；

步骤三，分子印记自组装溶液配制：配制含1.4mmol/L血清素，24μg/mL功能化金纳米粒和14mmol/L间氨基苯硫酚的PBS溶液，将该溶液用氮气除氧10min后密封，在室温和避光环境下放置8h，得到分子印记自组装溶液；

步骤四，电聚合反应：将步骤三得到的分子印记自组装溶液倒入反应容器中，避光、通氮气5min后，插入步骤二得到的rGO/PANI复合膜修饰电极，于+1.2V电位下，应用计时电流法电聚合700s，然后取出、用去离子水淋洗和氮气吹干；

步骤五，模板分子洗脱：将步骤四得到的电极浸入硫酸溶液中，在-0.2V电恒电压、1.2mol·L^-1H₂SO₄溶液中处理600s去除模板分子，然后取出，用去离子水反复淋洗干净、氮气吹干，得到检测血清素的分子印记电化学传感器。

结合图2至图4，对本发明中传感器制备过程中的电化学表征作进一步的详细说明。

一是传感器制备过程中各阶段循环伏安对比：按上述CV法在测试背景溶液中对裸玻碳电极、rGO/PANI修饰电极、掺杂金纳米的印记传感器和未掺杂金纳米的印记传感器进行了循环伏安表征。图2是本发明中传感器制备过程中各阶段循环伏安对比图。按照实施例三的方法，在图2中，a为裸玻碳电极的CV曲线、b为rGO/PANI修饰电极的CV曲线、c为掺杂金纳米的印记传感器洗脱模板分子后的CV曲线、d为未掺杂金纳米的印记传感器并洗脱模板分子后的CV曲线。图2结果显示，在b中循环伏安电流响应值和CV曲线面积相对于a明显增大，表明经rGO/PANI复合膜修饰后，电极的表面传递电荷的能力增强，导电性能变大。对比c和d曲线，结果表明掺杂金纳米粒的印记聚合物膜的导电及电催化性能要优于未掺杂的印记聚合物膜。

二是选择性试验：选择性是考察分子印记聚合物印记效果和性能好坏的重要指标，也是传感器能否应用于实际样品检测的前提。设计干扰性实验用于考察分子印记效果，即研究膜内识别位点对模板分子是否具有特异选择性，是否不受其他竞争性底物的干扰。

图3所示为按照实施例三制备的印记传感器分别在空白PBS（pH7.5）溶液（a），含5.0μmol/L5-HT的PBS（pH7.5）溶液（b）和含5.0μmol/L5-HT、150μmol/L AA、150μmol/L DA、150μmol/L UA、150μmol/L EP的PBS混合溶液（c）中的DPV响应曲线。通过对比，在0.32V电位处为5-HT的电流响应峰，且在加入浓度30倍于5-HT的干扰物后其响应电流未见改变，说明在印记传感器对5-HT测定过程中可有效的避免一些常见干扰物对测定的影响。

三是样品测定方法：

a.标准曲线与检测限

图4是本发明实施例三传感器的DPV曲线及标准曲线图。图4显示，血清素的响应电流与其浓度在0.2～10.0μmol/L的范围内呈良好的线性关系，线性回归方程分别为I_pa(μA)=1.365C_5-HT(μmol L^-1)+1.035(R=0.998)。

由于rGO/PANI复合膜增加了电极的导电性能，以及印记聚合物具有特异性识别性能，且掺杂的金纳米粒有效的提高了印记膜的导电性能，因此可使检测限（LOD）达到11.7nmol/L（S/N=3）。

b.传感器的稳定性和重现性

以本方法制备5根传感器，在血清素的PBS溶液中测定其电流响应，RSD为3.9%；同一根传感器重复测定15次，RSD为3.2%。表明传感器制备方法稳定，重现性好，且测定重复性优良。

另将传感器在干燥的条件下室温保存30天，其电流响应降为初始时的91%，表明制备的传感器具有良好的稳定性。

c.实际样品分析

以本方法制备的传感器用加样回收法测定人血样中的血清素，取0.5mL人血样，用稀释过的氨水进行蛋白沉淀并离心处理得到血清样品，再以1:10的比例用PBS进行稀释，通氮气10min，采用上述中的DPV法测定样品中血清素的浓度，进行加样回收率试验，具体结果见下表：

本发明经反复试验验证，取得了满意的应用。

Claims (8)

1.一种用于检测血清素的分子印记电化学传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将玻碳电极进行抛光和清洗预处理；

（2）配制含rGO的硫酸溶液，再加入苯胺并充分混合制备电聚合液，将步骤（1）得到的玻碳电极浸入该电聚合液中进行电聚合反应，反应后干燥得到rGO/PANI复合膜修饰电极；

（3）配制含功能化金纳米粒、氨基苯硫酚和血清素的PBS溶液，将该溶液除氧后密封，在避光环境下静置，得到分子印记自组装溶液；

（4）向分子印记自组装溶液中插入所述rGO/PANI复合膜修饰电极，于0.2～1.2V电位下，用计时电流法进行电聚合反应；

（5）将步骤（4）得到的电极浸入硫酸溶液中，在-0.8～-0.2V电位下进行处理，得到检测血清素的分子印记电化学传感器。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤（1）中，将玻碳电极抛光，先依次用乙醇和水超声清洗，然后用双蒸水淋洗并用氮气吹干完成预处理步骤。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤（2）中，配制含rGO的硫酸溶液后进行超声处理；加入苯胺后先通氮除氧，再进行超声处理制备电聚合液；该步骤中的电聚合反应采用循环伏安法或计时电流法。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于在步骤（2）中，电聚合液中rGO的浓度为2～14 μg/mL；苯胺的浓度为0.02～0.10mol/L，超声时间为30～80min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤（3）中，含功能化金纳米粒、氨基苯硫酚和血清素的PBS溶液配制后，用氮气除氧后密封，在20～30℃和避光环境下放置2～8h，得到分子印记自组装溶液。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于在步骤（3）中，所述氨基苯硫酚为对氨基苯硫酚、邻氨基苯硫酚或间氨基苯硫酚；所述PBS溶液中功能化金纳米粒、氨基苯硫酚和血清素的浓度依次为12～28μg/mL、6～14mmol/L和0.5～1.4mmol/L。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤（4）中，先将分子印记自组装溶液避光通氮气，然后再插入rGO/PANI复合膜修饰电极；该步骤中的电聚合反应时间为200～700s，反应后取出、淋洗和吹干。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤（5）中，所述硫酸溶液的浓度为0.2～1.2mol/L；该步骤中的处理时间为200～600s。

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