CN106990150A - 一种新型分子印迹聚合物芦丁电化学传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料、电化学和生化传感技术领域，涉及一种还原氧化石墨烯/碳点内包覆型分子印迹聚合物芦丁电化学传感器的制备方法，采用柠檬酸溶剂热碳化法制备碳点，依据Hummers法制备氧化石墨烯，通过水热还原法制备还原氧化石墨烯与碳点复合物，然后将其滴涂到玻碳电极表面，在还原氧化石墨烯/碳点修饰玻碳电极表面经电聚合生成含芦丁的聚吡咯，洗脱芦丁后得到含芦丁空穴的分子印迹聚合物，即分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯/碳点/玻碳电极传感体系，通过拟合该传感体系的电化学信号峰强度与芦丁浓度间的线性关系，构建芦丁电化学传感器；其工艺方法简单，制备成本低，产品灵敏性和选择性好，可用于芦丁检测。
Description
技术领域：
本发明属于纳米材料、电化学和生化传感的交叉技术领域，具体涉及一种基于还原氧化石墨烯/碳点内包覆的新型分子印迹聚合物芦丁电化学传感器的制备方法，其制备的传感器可用于芦丁的高效检测。
背景技术：
作为一种重要的黄酮类化合物，芦丁广泛存在于多种植物中，尤其富含于植物的叶子中。芦丁具有显著的生物学和药理学活性，与许多生理功能如抗炎、抗菌、抗肿瘤和抗氧化存在密切的联系，在生物医学领域引起广泛关注。此外，芦丁的药理学功能涉及血液稀释、毛细管渗透性减弱等，芦丁还被应用于药物和医学研究。在医学应用领域，芦丁占据重要地位，它能调控毛细管渗透性和保持血小板稳定。鉴于芦丁对于人体健康的重要性，发展一种有效的分析技术用于芦丁检测具有重要意义。对于生物医学样品中芦丁的高效检测，可作为一种指标用于人体健康的监控。
当前，许多传统技术和分析方法已被用于芦丁检测，如化学发光法、高效液相色谱法、毛细管电泳法、化学传感器法等。传统的仪器分析技术用于芦丁测定普遍存在某些缺陷，如耗时的操作、复杂的前处理和测试程序等，这削弱了在实际测定中的应用价值。相比之下，电化学分析法具备显著的优势，尤其是其简单、低成本和高灵敏性，可作为一种优选的方法用于芦丁的高效测定。由于在某些天然黄酮类植物中，芦丁很可能与其它黄酮类组分如槲皮素、桑色素等共存，设计制备高选择性和高灵敏的传感体系，用于芦丁的高特异性检测就显得尤为重要。
基于分子印迹聚合物的电化学传感器具备高特异性测定目标物的能力，引入电活性的纳米材料如还原氧化石墨烯和碳点，在玻碳电极界面电沉积制备还原氧化石墨烯-碳点内包覆型分子印迹聚合物，可实现高灵敏和高选择性电化学传感芦丁之目的。经文献查新，截至目前，尚未检索到有关还原氧化石墨烯-碳点内包覆型分子印迹聚合物，以及基于该聚合物的芦丁电化学传感器的国内外文献和专利等资料报道。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，设计提供一种工艺简单、成本低、高灵敏和高选择性的基于还原氧化石墨烯/碳点内包覆的新型分子印迹聚合物芦丁电化学传感器的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明涉及的一种基于还原氧化石墨烯/碳点内包覆的新型分子印迹聚合物芦丁电化学传感器的制备方法，其具体工艺包括以下步骤：
(1)采用Hummers方法制备氧化石墨烯：将1.0克石墨加入250毫升圆底三口瓶中，滴加25毫升浓硫酸碳化石墨，缓慢搅拌反应24小时，之后加入1.5克高锰酸钾，将三口瓶转移至冰浴中冷却，继续搅拌反应30分钟，然后升温至60℃，搅拌反应45分钟，其间每间隔15分钟加入3毫升二次蒸馏水，反应完毕后，加入180毫升二次蒸馏水用以终止反应，产物冷却至室温，将溶液过滤，沉淀物经过洗涤干燥，得到氧化石墨烯；
(2)将柠檬酸和碳酸氢铵进行溶剂热碳化制备碳点：将1.0克柠檬酸和2.0克碳酸氢铵溶于10毫升二甲基亚砜中，将混合液转移至反应釜中，在160℃下搅拌反应6小时，将反应溶液冷却至室温后，加入20毫升质量浓度为50毫克/毫升的氢氧化钠水溶液，搅拌反应1分钟，在16000转/分钟的转速下用离心机离心10分钟，所得沉淀物溶于二次蒸馏水，再次离心分离去除残留盐和碱，最后冷冻干燥得到碳点；
(3)将步骤(1)制备的氧化石墨烯与步骤(2)制备的碳点充分混合，配制成质量浓度为1.0～2.0毫克/毫升的均质碳点/氧化石墨烯水分散液，其中碳点与氧化石墨烯的质量比为1:5～5:1；
(4)在50～100℃条件下，将步骤(3)制得的水分散液连续搅拌反应1～6小时，制备还原氧化石墨烯与碳点复合物，然后将其复合物滴涂到玻碳电极表面，制备还原氧化石墨烯/碳点/玻碳电极修饰电极；
(5)采用循环伏发法将物质的量浓度0.05～0.5摩/升的芦丁与物质的量浓度0.1～1.0摩/升的吡咯在修饰电极表面发生电聚合反应，制备出含有芦丁的聚吡咯，洗脱芦丁后得到含有芦丁空穴的分子印迹聚合物，即分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极传感体系，循环伏安法扫描速率为50～200毫伏/秒，扫描电压0～2伏，循环次数5～50圈；
(6)在步骤(5)制备的传感体系中加入浓度为0.01～10微摩/升芦丁，拟合传感体系氧化电流峰强度与芦丁共存浓度之间的线性关系，构建用于检测芦丁的电化学传感器。
本发明与现有技术相比，采用一步电聚合方法在玻碳电极界面，制备还原氧化石墨烯与碳点内包覆的含芦丁分子印迹的聚吡咯传感体系分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯/碳点/玻碳电极，基于芦丁共存浓度与传感体系电化学信号强度之间的线性关系，构建芦丁电化学传感器。其工艺简单，制备成本低，产品具有高灵敏性和高选择性，能够发展成为一种新颖的电化学传感器用于芦丁的高效检测。
附图说明：
图1为本发明构建的分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯/碳点/玻碳电极传感体系及其用于芦丁检测的示意图。
图2为本发明分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯/碳点/玻碳电极传感体系对芦丁的电化学信号响应，以及传感体系氧化电流峰强度与芦丁共存浓度之间的线性关系。
具体实施方式：
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例构建的分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯/碳点/玻碳电极传感体系及其用于芦丁检测的示意图如图1所示。首先采用柠檬酸和碳酸氢铵进行溶剂热碳化制备碳点：将1.0克柠檬酸和2.0克碳酸氢铵溶于10毫升二甲基亚砜中，将此混合液转移至反应釜中，在160℃下反应6小时，反应溶液冷却至室温后，加入20毫升质量浓度为50毫克/毫升的氢氧化钠碱性水溶液，搅拌反应1分钟，然后在16000转/分钟的转速下离心10分钟，制得的沉淀物溶于二次蒸馏水，再次离心分离去除残留的盐和碱，最后冷冻干燥得到碳点。依据Hummers方法制备氧化石墨烯：称取1克石墨放置在250毫升三口瓶中，逐滴加入25毫升浓硫酸碳化处理石墨，在缓慢搅拌下反应24小时；然后加入1.5克高锰酸钾，将三口瓶转入至冰浴装置中冷却，保持继续搅拌反应30分钟；升高反应温度至60℃，继续反应45分钟，每间隔15分钟加入3毫升二次蒸馏水，最后加入180毫升二次蒸馏水用以终止反应，产物冷却至室温制得氧化石墨烯。将新制备的氧化石墨烯与碳点充分混合，配制成均质的水分散液；其中的碳点浓度为3毫克/毫升，氧化石墨烯浓度为0.2毫克/毫升；在60℃下混合分散液在反应釜中反应3小时，制得还原氧化石墨烯与碳点复合物，然后将其滴涂在玻碳电极表面，制备还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极修饰电极；在物质的量浓度1毫摩/毫升的磷酸盐缓冲液中，配制0.1摩/升的芦丁和0.2摩/升吡咯，在修饰电极界面通过电聚合反应制备含芦丁分子的聚吡咯，其中扫描速率为50毫伏/秒，扫描电压0～1.0伏，循环次数10圈；电聚合反应结束后，洗脱芦丁分子后得到含芦丁空穴的聚吡咯分子印迹聚合物，即制得分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极传感体系；向此传感体系中加入0.1～6.5微摩/升的芦丁，采用差示脉冲伏安法测定传感体系的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度与芦丁共存浓度之间的线性关系，构建出用于检测芦丁的电化学传感器(如图2所示)；该传感器制备工艺简单，成本低，具备高灵敏性和高选择性，对芦丁浓度的检测范围是0.1～6.5微摩/升，检测极限为0.03微摩/升。
实施例2：
本实施例首先采用柠檬酸和碳酸氢铵进行溶剂热碳化制备碳点，依据Hummers方法制备氧化石墨烯(具体方法同实施例1)，将二者充分混合均匀配制成混合分散液，其中的碳点质量浓度为5毫克/毫升，氧化石墨烯质量浓度为0.5毫克/毫升；在70℃下混合分散液在反应釜中反应4小时，制得还原氧化石墨烯与碳点复合物，然后将其滴涂在玻碳电极表面，制备还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极修饰电极；然后在物质的量浓度1毫摩/毫升的磷酸盐缓冲液中，配制0.2摩/升的芦丁和0.4摩/升吡咯，在修饰电极界面通过电聚合反应制备含芦丁分子的聚吡咯，其中扫描速率为80毫伏/秒，扫描电压0～1.5伏，循环次数20圈；电聚合反应结束后，洗脱芦丁分子后得到含芦丁空穴的聚吡咯分子印迹聚合物，即制得分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极传感体系；向此传感体系中加入0.01～1微摩/升的芦丁，采用差示脉冲伏安法测定传感体系的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度与芦丁共存浓度之间的线性关系，构建出用于检测芦丁的电化学传感器；该传感器制备工艺简单，成本低，具备高灵敏性和高选择性，对芦丁浓度的检测范围是0.01～1微摩/升，检测极限为0.004微摩/升。
实施例3：
本实施例首先采用柠檬酸和碳酸氢铵进行溶剂热碳化制备碳点，依据Hummers方法制备氧化石墨烯(具体方法同实施例1)，将二者充分混合均匀配制成混合分散液，其中的碳点质量浓度为8毫克/毫升，氧化石墨烯质量浓度为0.8毫克/毫升；在80℃下混合分散液在反应釜中反应5小时，制得还原氧化石墨烯与碳点复合物，然后将其滴涂在玻碳电极表面，制备还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极修饰电极；再在物质的量浓度1毫摩/毫升的磷酸盐缓冲液中，配制0.3摩/升的芦丁和0.6摩/升吡咯，在修饰电极界面通过电聚合反应制备含芦丁分子的聚吡咯，其中扫描速率为100毫伏/秒，扫描电压0.5～1.5伏，循环次数30圈；电聚合反应结束后，洗脱芦丁分子后得到含芦丁空穴的聚吡咯分子印迹聚合物，即制得分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极传感体系；向此传感体系中加入0.01～5微摩/升的芦丁，采用差示脉冲伏安法测定传感体系的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度与芦丁共存浓度之间的线性关系，构建出用于检测芦丁的电化学传感器；该传感器制备工艺简单，成本低，具备高灵敏性和高选择性，对芦丁浓度的检测范围是0.01～5微摩/升，检测极限为0.003微摩/升。
实施例4：
本实施例首先采用柠檬酸和碳酸氢铵进行溶剂热碳化制备碳点，依据Hummers方法制备氧化石墨烯(具体方法同实施例1)，将二者充分混合均匀配制成混合分散液，其中的碳点质量浓度为10毫克/毫升，氧化石墨烯质量浓度为1.0毫克/毫升；再在90℃下混合分散液在反应釜中反应6小时，制得还原氧化石墨烯与碳点复合物，然后将其滴涂在玻碳电极表面，制备还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极修饰电极；然后在物质的量浓度1毫摩/毫升的磷酸盐缓冲液中，配制0.5摩/升的芦丁和0.8摩/升吡咯，在修饰电极界面通过电聚合反应制备含芦丁分子的聚吡咯，其中扫描速率为150毫伏/秒，扫描电压0.5～2.0伏，循环次数40圈；电聚合反应结束后，洗脱芦丁分子后得到含芦丁空穴的聚吡咯分子印迹聚合物，即制得分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极传感体系；向此传感体系中加入0.1～10微摩/升的芦丁，采用差示脉冲伏安法测定传感体系的电化学曲线，拟合氧化电流峰强度与芦丁共存浓度之间的线性关系，构建出用于检测芦丁的电化学传感器；该传感器制备工艺简单，成本低，具备高灵敏性和高选择性，对芦丁浓度的检测范围是0.1～10微摩/升，检测极限为0.03微摩/升。
Claims (1)
1.一种分子印迹聚合物芦丁电化学传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用Hummers方法制备氧化石墨烯：将1.0克石墨加入250毫升圆底三口瓶中，滴加25毫升浓硫酸碳化石墨，缓慢搅拌反应24小时，之后加入1.5克高锰酸钾，将三口瓶转移至冰浴中冷却，继续搅拌反应30分钟，然后升温至60℃，搅拌反应45分钟，其间每间隔15分钟加入3毫升二次蒸馏水，反应完毕后，加入180毫升二次蒸馏水用以终止反应，产物冷却至室温，将溶液过滤，沉淀物经过洗涤干燥，得到氧化石墨烯；
(2)将柠檬酸和碳酸氢铵进行溶剂热碳化制备碳点：将1.0克柠檬酸和2.0克碳酸氢铵溶于10毫升二甲基亚砜中，将混合液转移至反应釜中，在160℃下搅拌反应6小时，将反应溶液冷却至室温后，加入20毫升质量浓度为50毫克/毫升的氢氧化钠水溶液，搅拌反应1分钟，在16000转/分钟的转速下用离心机离心10分钟，所得沉淀物溶于二次蒸馏水，再次离心分离去除残留盐和碱，最后冷冻干燥得到碳点；
(3)将步骤(1)制备的氧化石墨烯与步骤(2)制备的碳点充分混合，配制成质量浓度为1.0～2.0毫克/毫升的均质碳点/氧化石墨烯水分散液，其中碳点与氧化石墨烯的质量比为1:5～5:1；
(4)在50～100℃条件下，将步骤(3)制得的水分散液连续搅拌反应1～6小时，制备还原氧化石墨烯与碳点复合物，然后将其复合物滴涂到玻碳电极表面，制备还原氧化石墨烯/碳点/玻碳电极修饰电极；
(5)采用循环伏安法将物质的量浓度0.05～0.5摩/升的芦丁与物质的量浓度0.1～1.0摩/升的吡咯在修饰电极表面发生电聚合反应，制备出含有芦丁的聚吡咯，洗脱芦丁后得到含有芦丁空穴的分子印迹聚合物，即分子印迹聚合物/还原氧化石墨烯-碳点/玻碳电极传感体系，循环伏安法扫描速率为50～200毫伏/秒，扫描电压0～2伏，循环次数5～50圈；
(6)在步骤(5)制备的传感体系中加入浓度为0.01～10微摩/升芦丁，拟合传感体系氧化电流峰强度与芦丁共存浓度之间的线性关系，构建用于检测芦丁的电化学传感器。
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