CN109580747A - 一种检测多巴胺的电化学传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电化学传感器技术领域，具体涉及一种检测多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为玻碳电极，该玻碳电极表面上修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物，形成修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极，本发明灵敏度高、响应时间短。

Description

一种检测多巴胺的电化学传感器
技术领域
本发明属于电化学传感器技术领域，具体涉及一种检测多巴胺的电化学传感器。
背景技术
多巴胺在人类中枢神经系统中负责大脑中枢神经体系的信息传递，多巴胺与几种神经错乱病症，如精神分裂、亨廷顿疾病及帕铂森症状均有密切的关系，因此，多巴胺含量的检测对人类的健康以及疾病的诊断、治疗和控制有着重要意义。
目前，多巴胺的检测方法有色谱法、荧光光谱法、分光光度计法以及毛细管电泳法等，以上检测方法步骤繁琐、仪器设备昂贵、成本高、灵敏度低，多巴胺的检测方法还有电化学法，该检测方法虽然操作简单、灵敏度高、响应时间短以及价格低廉，但是在使用电化学法检测多巴胺的过程中常存在一些物质会对检测形成干扰，如抗坏血酸和尿酸会在多巴胺的检测过程中会出现多巴胺、抗坏血酸和尿酸峰电位相互重叠，降低电化学传感器灵敏度，因此现有技术需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏度高、响应时间短的多巴胺电化学传感器。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种检测多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为玻碳电极，该玻碳电极表面上修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物，形成修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极。
进一步的，所述的修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将纳米纤维素与氧化石墨烯混合在N，N-二甲基甲酰胺中，所述纳米纤维素、氧化石墨烯和N，N-二甲基甲酰胺的用量比为30-300 mg：10-100 mg：400-500 ml，超声分散1-2 h后，再置于75℃水浴条件下，边搅拌边以鼓泡的形式通入氮气，搅拌0.5 h后加入甲苯二异氰酸酯，所述的纳米纤维素与甲苯二异氰酸酯之间的用量比为30-300mg：50-200mg，继续搅拌3-8h，再使用去离子水离心洗涤8-10次，得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液；
（2）取步骤（1）中石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液中分散在乙二醇中，所述的石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液与乙二醇的用量比为8-10 mL：45-50 mL，再超声0.5-1 h，再加入H2PtCl6水溶液，所述的H2PtCl6水溶液与乙二醇的用量比为3-20 ml：45-50 mL，超声1-2 h，再在150-160 ℃下溶剂热反应4-8 h，冷却至室温后使用透析袋透析至透析液电导率不再改变，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物；
（3）将玻碳电极表面打磨、超声洗涤后，取步骤（2）中铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物均匀滴涂在玻碳电极表面，烘干，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物修饰的玻碳电极。
进一步的，所述步骤（1）中的搅拌速度为1200-1500r/min。
进一步的，所述步骤（1）中的离心转速为10000-30000r/min。
进一步的，所述的步骤（1）中的石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液的浓度为10 mg/mL。
进一步的，所述步骤（2）中的H2PtCl6水溶液中的Pt含量为1 mg/ml。
进一步的，所述的步骤（2）中的铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的浓度为1mg/mL。
本发明工作电极为玻碳电极，该玻碳电极表面上修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物，该复合物以廉价的纳米纤维素为基体材料，通过甲苯二异氰酸酯作用与氧化石墨烯复合，进一步原位负载小粒径的铂纳米颗粒。该复合物拥有纳米纤维素优异的生物相容性，可以有效的吸附待检测物质多巴胺、抗坏血酸和尿酸。同时，该复合物将石墨烯与纳米纤维素有机的复合到一起，形成导电三维多孔的网状结构，这种结构不仅能有效传递氧化中间产物和电子，提高电化学氧化活性；而且也有利于原位沉积铂纳米颗粒，形成分散性好的小粒径铂纳米颗粒，并且防止铂纳米颗粒在反应过程中团聚长大或脱落。
由本发明的方法制得的电化学传感器，不仅避免了多巴胺、抗坏血酸和尿酸峰电位相互重叠的现象，而且提高了灵敏度、重现性与稳定性。与现有电化学传感器相比具有线性范围宽、检出限低、操作简单和检测速度快的优点。本发明制得的电化学传感器不仅可以在较高浓度共存物质存在时实现单一物质的测定，而且可以在短时间内实现多巴胺、抗坏血酸和尿酸的同时测定。
附图说明
图1为铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的透射电镜照片。
图2为工作电极对多巴胺的差分脉冲伏安曲线。
图3为工作电极对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的差分脉冲伏安曲线。
具体实施方式
实施例1：
一种检测多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为玻碳电极，该玻碳电极表面上修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物，形成修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极，使用以上工作电极、对电极和参比电极制得检测多巴胺的电化学传感器。
所述的修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将纳米纤维素与氧化石墨烯混合在N，N-二甲基甲酰胺中，所述纳米纤维素、氧化石墨烯和N，N-二甲基甲酰胺的用量比为30 mg：10 mg：400 ml，超声分散1 h后，再置于75℃水浴条件下，边搅拌边以鼓泡的形式通入氮气，搅拌0.5 h后加入甲苯二异氰酸酯，所述的纳米纤维素与甲苯二异氰酸酯之间的用量比为30mg：50mg，继续搅拌3h，再使用去离子水离心洗涤8次，得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液；
（2）取步骤（1）中石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液中分散在乙二醇中，所述的石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液与乙二醇的用量比为8 mL：45 mL，再超声0.5 h，再加入H2PtCl6水溶液，所述的H2PtCl6水溶液与乙二醇的用量比为3 ml：45 mL，超声1 h，再在150 ℃下溶剂热反应4 h，冷却至室温后使用透析袋透析至透析液电导率不再改变，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物；
（3）将玻碳电极表面打磨、超声洗涤后，取步骤（2）中铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物均匀滴涂在玻碳电极表面，烘干，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物修饰的玻碳电极。
所述步骤（1）中的搅拌速度为1200r/min。所述步骤（1）中的离心转速为10000r/min。所述的步骤（1）中得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液的浓度为10 mg/mL。所述步骤（2）中的H2PtCl6水溶液中的Pt含量为1 mg/ml。所述的步骤（2）中的铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的浓度为1 mg/mL。
实施例2：
一种检测多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为玻碳电极，该玻碳电极表面上修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物，形成修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极，使用以上工作电极、对电极和参比电极制得检测多巴胺的电化学传感器。
所述的修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将纳米纤维素与氧化石墨烯混合在N，N-二甲基甲酰胺中，所述纳米纤维素、氧化石墨烯和N，N-二甲基甲酰胺的用量比为165 mg：55 mg：450 ml，超声分散1.5 h后，再置于75℃水浴条件下，边搅拌边以鼓泡的形式通入氮气，搅拌0.5 h后加入甲苯二异氰酸酯，所述的纳米纤维素与甲苯二异氰酸酯之间的用量比为165mg：125mg，继续搅拌5.5h，再使用去离子水离心洗涤9次，得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液；
（2）取步骤（1）中石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液中分散在乙二醇中，所述的石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液与乙二醇的用量比为9 mL：47 mL，再超声0.7 h，再加入H2PtCl6水溶液，所述的H2PtCl6水溶液与乙二醇的用量比为11 ml：47 mL，超声1-2 h，再在155 ℃下溶剂热反应6 h，冷却至室温后使用透析袋透析至透析液电导率不再改变，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物；
（3）将玻碳电极表面打磨、超声洗涤后，取步骤（2）中铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物均匀滴涂在玻碳电极表面，烘干，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物修饰的玻碳电极。
所述步骤（1）中的搅拌速度为1350r/min。所述步骤（1）中的离心转速为20000r/min。所述的步骤（1）中得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液的浓度为10 mg/mL。所述步骤（2）中的H2PtCl6水溶液中的Pt含量为1 mg/ml。所述的步骤（2）中的铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的浓度为1 mg/mL。
实施例3：
一种检测多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为玻碳电极，该玻碳电极表面上修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物，形成修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极，使用以上工作电极、对电极和参比电极制得检测多巴胺的电化学传感器。
所述的修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将纳米纤维素与氧化石墨烯混合在N，N-二甲基甲酰胺中，所述纳米纤维素、氧化石墨烯和N，N-二甲基甲酰胺的用量比为300 mg：100 mg：500 ml，超声分散2 h后，再置于75℃水浴条件下，边搅拌边以鼓泡的形式通入氮气，搅拌0.5 h后加入甲苯二异氰酸酯，所述的纳米纤维素与甲苯二异氰酸酯之间的用量比为300mg：200mg，继续搅拌8h，再使用去离子水离心洗涤8-10次，得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液；
（2）取步骤（1）中石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液中分散在乙二醇中，所述的石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液与乙二醇的用量比为10 mL：50 mL，再超声1 h，再加入H2PtCl6水溶液，所述的H2PtCl6水溶液与乙二醇的用量比为20 ml：50 mL，超声2 h，再在160 ℃下溶剂热反应8 h，冷却至室温后使用透析袋透析至透析液电导率不再改变，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物；
（3）将玻碳电极表面打磨、超声洗涤后，取步骤（2）中铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物均匀滴涂在玻碳电极表面，烘干，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物修饰的玻碳电极。
所述步骤（1）中的搅拌速度为1500r/min。所述步骤（1）中的离心转速为10000-30000r/min。所述的步骤（1）中得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液的浓度为10 mg/mL。所述步骤（2）中的H2PtCl6水溶液中的Pt含量为1 mg/ml。所述的步骤（2）中的铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的浓度为1 mg/mL。
试验例1：
如图1所示，在透射电子显微镜下对实施例2的铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物进行观察，发现制得的复合物中铂纳米颗粒分散性良好，无团聚现象，如图1所示，铂纳米颗粒的粒径范围平均粒径为6.3nm。
试验例2：
按照实施例2的所制得的电化学传感器用于多巴胺的检测。
测试方法：使用电化学工作站进行电化学测试，30mL0.1MPBS溶液（pH=7.4）作为电解液，多巴胺浓度为0.1-300μM，溶液搅拌速度为200rpm，设定电位范围-0.2~0.5V，采用差分脉冲伏安法工作方式，其电流信号如图2所示。
由图2可知，实施例2构建的多巴胺电化学传感器，在0.1-300μM浓度范围内，多巴胺的氧化峰电流值与其浓度成线性关系，线性相关系数R2=0.999，检出限为0.012μM。
将实施例1得到的结果和现有技术进行了对比，得本发明的电化学传感器的检出限较低，线性范围较宽，具有高的灵敏度。
试验例3：
按照实施例2的制得的电化学传感器用于多巴胺、尿酸和抗坏血酸的同时检测。
测试方法：使用电化学工作站进行电化学测试，30mL0.1MPBS溶液（pH=7.4）作为电解液，抗坏血酸浓度为1.0mM，多巴胺浓度为0.05mM，尿酸浓度为0.1mM，溶液搅拌速度为200rpm，设定电位范围-0.2~0.5V，采用差分脉冲伏安法工作方式，其电流信号如图3所示。
由图3可知，实施例2制得的电化学传感器，抗坏血酸、多巴胺和尿酸的氧化峰分别在-0.04V、014V和0.30V，抗坏血酸和多巴胺氧化峰之间的电势差为180mV，多巴胺和尿酸氧化峰之间的电势差为160mV，抗坏血酸和尿酸之间的电势差为300mV。由上可知，在抗坏血酸和尿酸同时存在的情况下，该所述工作电极可以特异性检测多巴胺。

Claims (7)

1.一种检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为玻碳电极，该玻碳电极表面上修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物，形成修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极。
2.根据权利要求1所述的检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述的修饰有铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的玻碳电极的制备方法，由以下步骤组成：
将纳米纤维素与氧化石墨烯混合在N，N-二甲基甲酰胺中，所述纳米纤维素、氧化石墨烯和N，N-二甲基甲酰胺的用量比为30-300 mg：10-100 mg：400-500 ml，超声分散1-2 h后，再置于75℃水浴条件下，边搅拌边以鼓泡的形式通入氮气，搅拌0.5 h后加入甲苯二异氰酸酯，所述的纳米纤维素与甲苯二异氰酸酯之间的用量比为30-300mg：50-200mg，继续搅拌3-8h，再使用去离子水离心洗涤8-10次，得石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液；
取步骤（1）中石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液中分散在乙二醇中，所述的石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液与乙二醇的用量比为8-10 mL：45-50 mL，再超声0.5-1 h，再加入H2PtCl6水溶液，所述的H2PtCl6水溶液与乙二醇的用量比为3-20 ml：45-50 mL，超声1-2 h，再在150-160 ℃下溶剂热反应4-8 h，冷却至室温后使用透析袋透析至透析液电导率不再改变，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物；
将玻碳电极表面打磨、超声洗涤后，取步骤（2）中铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物均匀滴涂在玻碳电极表面，烘干，得铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物修饰的玻碳电极。
3.根据权利要求2所述的检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述步骤（1）中的搅拌速度为1200-1500r/min。
4.根据权利要求2所述的检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述步骤（1）中的离心转速为10000-30000r/min。
5.根据权利要求2所述的检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述的步骤（1）中的石墨烯/纳米纤维素复合物悬浮液的浓度为10 mg/mL。
6.根据权利要求2所述的检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述步骤（2）中的H2PtCl6水溶液中的Pt含量为1 mg/ml。
7.根据权利要求2所述的检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述的步骤（2）中的铂纳米颗粒/石墨烯/纳米纤维素复合物的浓度为1 mg/mL。
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