CN104007153A - 一种快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器及其制备方法 - Google Patents

一种快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器及其制备方法，本发明的方法通过半胱氨酸将碳纳米管和纳米金连接合成MWCNT-Cys-AuNPs纳米复合材料，将MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion纳米复合膜修饰于玻碳电极表面，再利用该纳米复合膜固载发光试剂三联吡啶钌(Ru(bpy)3 2+)，构建了基于Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion的电化学发光传感器；该合成方法比较简单，无需昂贵仪器；本发明构建的传感器具有灵敏度高、检测限低、线性范围宽，并且具有良好的稳定性、重现性等特性。对市售苯海拉明注射液的检测回收率合理，取得了较好的结果。

Description

一种快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学传感器领域，具体涉及一种快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器及其制备方法。
背景技术
苯海拉明又称为苯那君、可那敏和苯那坐尔等，是一种白色结晶性粉末，无臭、味苦。它是乙醇胺的衍生物可与组织中释放出来的组胺竞争效应细胞上的H1受体，从而制止过敏发作，也具有镇静催眠和镇咳作用。在临床上主要用来治疗皮肤黏膜的过敏，如荨麻疹、血管神经性水肿、过敏性皮炎等，也可用于急性过敏反应、晕车晕船的防治、催眠和术前给药并且1％苯海拉明液可作为牙科用局部麻醉。文献报道每日睡前服用苯海拉明50mg，连服10～14日，治疗氯氮平所致流涎症状，安全有效。苯海拉明口服后经肠胃吸收，3小时血浓度达到最高峰，维持4～6小时，由肝脏代谢经尿液、汗腺等排出。因此，苯海拉明广泛的应用于各种医药领域中。市售的苯海拉明主要为片剂和注射液，规格大多为20mg/mL。若剂量中苯海拉明含量过少，则达不到细胞组织液中所需治疗上述各种疾病的苯海拉明最低用量，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，使中枢神经系统先抑制后兴奋，最后产生衰竭性抑制，严重时还可以出现惊厥、昏迷、心脏抑制、呼吸麻痹等。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苯海拉明的含量,对于监控各类药品中苯海拉明合理含量具有现实意义。
电化学发光又称电致化学发光，是化学发光与电化学相结合的产物，是指通过施加一定的电压进行电化学反应，在电极表面产生一些电生的物质，然后这些电生物质之间或电生物质与体系中某些组分之间通过电子传递形成激发态，由激发态返回到基态而产生的一种发光现象。电化学发光集成了发光分析高灵敏度和电化学电位可控性的优点，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。相对于其他的分析方法，电化学发光的方法克服了一些化学发光试剂不易保存或在特定条件下不稳定，难以实现时间和空间上的控制，化学发光试剂难以重复使用，以及溶液混合不均匀所带来的重现性相对较差等缺点。因此，电化学发光具有灵敏度高、线性范围宽、反应可控性、时间可控性好、仪器简单、分析速度快、节约试剂等优点。
碳纳米管，是一种具有特殊结构的一维碳材料，主要由呈六边形排列的碳原子组成数层到数十层的同轴圆管构成并具有优良力学、电学和化学性能。碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，使得共轭效应显著具有良好的导电性能。纳米金由于具有独特的光学和电学性质、良好的稳定性、小尺寸和表面效应以及优良的生物相容性，从而减小电子给体与受体间的距离，提高物质与电极之间电子传递速率，因此在电化学传感器方面有重要的应用。在电化学研究中，碳纳米管和金纳米粒子都是比较理想的基质材料，用于构建高性能的电化学生物传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便、快捷的检测药物中苯海拉明的新方法，为基于纳米复合材料的电化学发光传感器在药物检测方面的应用提供依据。
为此，本发明的采取的技术方案为：
一种快速高灵敏检测盐酸苯海拉明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：
1)首先用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；
2)Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极的制备：首先将MWCNT-Cys-AuNPs材料溶解于二次蒸馏水并且超声分离，加入质量浓度5％的Nafion于上述溶液中并且超声分离；取MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion复合纳米材料溶液滴到经步骤1)处理的玻碳电极上，室温下自然风干，最后在避光的条件下浸泡到Ru(bpy)3 2+溶液中，构建基于Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion的生物传感器，即所述快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器，将该传感器置于避光处备用。
所述MWCNT-Cys-AuNPs的制备方法包括以下步骤：
(1)称取的多壁碳纳米管加入到体积比为3:1的H2SO4/HNO3的混酸中连续超声16h后离心分离并洗涤至pH值接近于7，烘箱60℃干燥；
(2)取步骤(1)所得碳纳米管溶于水中，随后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、N-羟基丁二酰亚胺(NHS)和半胱氨酸(L-cystine)超声震荡均匀后用NaOH调至pH在7～8间，摇床过夜形成MWCNT-Cys复合物，离心分离洗涤并干燥，得MWCNT-Cys复合物；
(3)将质量浓度为0.01％的氯金酸溶液加热至沸腾后迅速加入浓度为0.02g/mL的柠檬酸三钠溶液并继续煮沸15分钟，自然冷却后得到金纳米粒子溶液；
(4)取步骤(2)制备的MWCNT-Cys复合物加入到步骤(3)制备的的金溶胶中搅拌过夜，离心分离即得到MWCNT-Cys-AuNPs纳米复合材料。
步骤(1)中多壁碳纳米管与混酸的用量比为0.5mg/mL。
步骤(2)中碳纳米管、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基丁二酰亚胺、半胱氨酸的质量比为3:4:4:8。
步骤(3)中氯金酸溶液与柠檬酸三钠溶液的体积比为50:1。
步骤(4)中MWCNT-Cys复合物与金溶胶的用量比为0.33mg/mL。
上述方法制备的快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器，其特征在于，玻碳电极表面构建有一层MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion纳米复合膜，通过该纳米复合膜固载发光试剂三联吡啶钌(Ru(bpy)3 2+)。
本发明具有以下优点：碳纳米管本身具有良好的导电性能，纳米金具有良好的电化学性能及生物相容性，Nafion膜具有较好的阳离子交换性能，本发明的方法通过半胱氨酸将碳纳米管和纳米金连接合成MWCNT-Cys-AuNPs纳米复合材料，将MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion纳米复合膜修饰于玻碳电极表面，再利用该纳米复合膜有效固载大量的发光试剂三联吡啶钌(Ru(bpy)3 2+)，成功构建了基于Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion的电化学发光传感器；该合成方法比较简单，无需昂贵仪器；本发明构建的传感器具有灵敏度高、检测限低、线性范围宽，并且具有良好的稳定性、重现性等特性。对市售苯海拉明注射液的检测回收率合理，取得了较好的结果。
附图说明
图1为MWCNT-Cys-AuNPs透射电镜图(A)和电场发射扫描电子显微镜图(B)。
图2为Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极在0.1M PBS(pH＝9.0)(b)和含有0.25mM DPH的PBS(a)中的电化学发光电势图。
图3左图为Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极在不同浓度的DPH中的电化学发光时间响应图，右图为电化学发光强度与浓度的线性关系。
图4为Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs//Nafion修饰电极检测DPH的稳定性和重现性。
具体实施方式
实验试剂：三丙胺(TPA)、三联吡啶钌(Ru(bpy)3 2+)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、N-羟基丁二酰亚胺(NHS)，多壁碳纳米管、Nafion、L-半胱氨酸(L-cystine)、四水合氯金酸(HAuCl4·4H2O)、柠檬酸三钠。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。
实施例1：Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极的制备
称取30mg的多壁碳纳米管加入到60mL H2SO4/HNO3(3:1)的混酸中连续超声16h后离心分离并洗涤至pH值接近于7，烘箱60℃干燥。取上述打断的碳纳米管15mg溶于5mL的水中，随后加入20mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、20mg N-羟基丁二酰亚胺(NHS)和40mg半胱氨酸(L-cystine)超声震荡均匀后用0.1mol NaOH调至pH在7～8间，摇床过夜形成MWCNT-Cys复合物，离心分离洗涤并干燥。取0.01％的氯金酸溶液100mL于锥形瓶中进行加热，待溶液沸腾后迅速加入2mL柠檬酸三钠(0.02g/mL)溶液并继续煮沸15分钟，自然冷却后得到金纳米粒子溶液。取上述制备的MWCNT-Cys复合物10mg加入到30mL的金溶胶中搅拌过夜，离心分离即得到MWCNT-Cys-AuNPs纳米复合材料。MWCNT-Cys-AuNPs透射电镜图(A)和电场发射扫描电子显微镜图(B)如图1所示。
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，最后将处理好的电极用高纯N2吹干。Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极的制备过程如下：首先将2mg MWCNT-Cys-AuNPs材料溶解于900μL二次蒸馏水并且超声分离，加入100μL5％的Nafion于上述溶液中并且超声分离。取8μLMWCNT-Cys-AuNPs/Nafion复合纳米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，最后在避光的条件下浸泡到3mL1.0×10-3mol/LRu(bpy)3 2+溶液中2小时。构建基于Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion的电化学发光传感器，将该传感器置于避光处备用。
实施例2：Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极对DPH的电化学发光的定性检测
将Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极置于4mL0.1MPBS(pH＝7.4)缓冲溶液中，产生的氧化还原电流非常小并且光强比较微弱，是一个Ru(bpy)3 2+自泯灭的电化学发光过程，加入0.25mM的DPH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DPH表现出良好的电化学发光性质。
实施例3：Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极对DPH的电化学发光的定量检测
将Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极置于含有一定量DPH的PBS(pH＝9.0)缓冲溶液中，随着DPH的不断加入电化学发光强度不断增加，当DPH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DPH的浓度作图得到该传感器检测DPH的线性范围为2×10-8M～7.5×10-4M，检测限为6.7nΜ(S/N＝3)(图3)。将其置于含有不同浓度DPH的PBS(pH＝9.0)中，表现出较好的稳定性(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，稳定性等优点。
实施例4：Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极对实际样品中苯海拉明注射液的检测
Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极用来检测市售苯海拉明注射液中苯海拉明的含量，在相同浓度的实际样品中分别加入不同浓度的标准样品，其实际回收率在96.6％～102.2％范围内。

Claims (7)

1.一种快速高灵敏检测盐酸苯海拉明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：
(1)首先用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；
(2)Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion修饰电极的制备：首先将MWCNT-Cys-AuNPs材料溶解于二次蒸馏水并且超声分离，加入质量浓度5％的Nafion于上述溶液中并且超声分离；取MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion复合纳米材料溶液滴到经步骤(1)处理的玻碳电极上，室温下自然风干，最后在避光的条件下浸泡到Ru(bpy)3 2+溶液中，构建基于Ru(bpy)3 2+/MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion的电化学发光传感器，用于快速高灵敏检测盐酸苯海拉明，将该传感器置于避光处备用。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MWCNT-Cys-AuNPs的制备方法包括以下步骤：
(1)称取的多壁碳纳米管加入到体积比为3:1的H2SO4/HNO3的混酸中连续超声16h后离心分离并洗涤至pH值接近于7，烘箱60℃干燥；
(2)取步骤(1)所得碳纳米管溶于水中，随后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基丁二酰亚胺和半胱氨酸超声震荡均匀后用NaOH调至pH在7～8间，摇床过夜形成MWCNT-Cys复合物，离心分离洗涤并干燥，得MWCNT-Cys复合物；
(3)将质量浓度为0.01％的氯金酸溶液加热至沸腾后迅速加入浓度为0.02g/mL的柠檬酸三钠溶液并继续煮沸15分钟，自然冷却后得到金纳米粒子溶液；
(4)取步骤(2)制备的MWCNT-Cys复合物加入到步骤(3)制备的的金溶胶中搅拌过夜，离心分离即得到MWCNT-Cys-AuNPs纳米复合材料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中多壁碳纳米管与混酸的用量比为0.5mg/mL。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中碳纳米管、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基丁二酰亚胺、半胱氨酸的质量比为3:4:4:8。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中氯金酸溶液与柠檬酸三钠溶液的体积比为50:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中MWCNT-Cys复合物与金溶胶的用量比为0.33mg/mL。
7.根据权利要求1-6任意一项方法制备的快速高灵敏检测盐酸苯海拉明的电化学发光传感器，其特征在于，玻碳电极表面构建有一层MWCNT-Cys-AuNPs/Nafion纳米膜，通过该纳米膜固载发光试剂三联吡啶钌(Ru(bpy)3 2+)。
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