CN110632159B - 一种Au1Pt3合金胶体溶液的制备方法及一种检测多巴胺的电化学传感器 - Google Patents

一种Au1Pt3合金胶体溶液的制备方法及一种检测多巴胺的电化学传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Au1Pt3合金胶体溶液制备方法，首先将聚乙烯吡咯烷酮溶解在N,N‑二甲基乙酰胺溶剂中，搅拌至PVP完全溶解，加入正辛酸，超声处理，随后氯金酸/氯铂酸混合溶液逐步滴加至上述溶液中，超声处理，然后加入硼氢化钠溶液，反应得到Au1Pt3合金的胶体溶液。使用该合金胶体溶液首先制备出Au1Pt3/GCE，随后在其表面电聚合甲硫氨酸制得poly(L‑Met)/Au1Pt3/GCE传感器并应用于多巴胺的定性定量电化学检测。本发明制备的Au1Pt3合金制备工艺简单，修饰在玻碳电极表面上的Au1Pt3合金纳米粒子不仅提高了电极的电化学活性面积，而且还为L‑Met提供了易于电聚合的粗糙表面。

Description

一种Au1Pt3合金胶体溶液的制备方法及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材料制备技术及临床诊疗检测方法研究，尤其涉及一种珊瑚状Au1Pt3合金的制备及在其表面电聚合具有生物相容性的电活性小分子电化学传感材料的制备方法并应用于临床诊疗中多巴胺(DA)的检测。
背景技术
多巴胺(DA)作为一种神经递质在哺乳动物中枢神经系统中扮演着重要角色并参与着许多生化过程。异常的DA浓度会导致一些神经功能性障碍等疾病，如老年痴呆、帕金森、亨廷顿舞蹈病、注意缺陷多动障碍、不安肢综合征和精神分裂症等，DA浓度水平的高低将直接影响其个体的生命体征。因此，研发高效、简便、灵敏、快速和良好选择性的分析方法来检测DA浓度是至关重要的。DA 作为一个电活性分子，可以在裸玻碳电极(GCE)表面直接发生电催化作用，但确定DA含量主要面临两个问题：1)电极表面因DA氧化而结垢；2)共存物质的电催化氧化电位会重叠于DA的氧化电位，这些因素都会造成传感器没有实际应用价值。因此，为了有效解决这些屏障，纳米材料和导电聚合物膜的引入可以显著地改善上述情况。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种对检测多巴胺(DA)具有高灵敏度、高选择性和高稳定性的电化学传感器材料。
由于双金属AuPt合金纳米粒子具有良好的电催化活性、高的化学稳定性、高的导电特性和大的比表面积已在电化学传感器领域引起了广泛的关注。AuPt 合金纳米粒子通常兼具两种元素的优势，并在原子水平上发生相互作用，产生协同效应，并且其元素比例、形貌和尺寸会影响活性位点的分布和数量，进而影响电化学特性。为此，设计和开发一种高活性的AuPt合金纳米粒子具有重要的研究价值。
氨基酸是自然界中广泛存在的有机化合物，其价格低廉，获取容易，其作为构成动物营养所需蛋白质的基本物质，与机体有着良好的生物相容性。由于氨基酸分子具有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)官能团可通过电聚合手段在电极表面形成一层可控的电聚合膜。不仅可以改变电极表面电子的分布，而且还能够提高对目标物的识别能力。而甲硫氨酸(L-Met)作为人体的必须氨基酸，同样具备上述性质，可用于电聚合膜的制备。
本发明基于两种材料的优势，首先在玻碳电极(GCE)表面引入高活性珊瑚状Au1Pt3合金纳米粒子，增加电极的电化学活性面积、粗糙度和电子传输能力。再电聚合L-Met，制备出的poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE传感器具有多重活性位点，对多巴胺(DA)分子有良好的电催化效果，并有效地降低共存干扰物质的影响。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案如下：
本发明公开了一种Au1Pt3合金胶体溶液的制备方法，
将新鲜配制的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂置于烧瓶中，搅拌至PVP完全溶解，加入正辛酸(n-octanoic acid)，超声0.5-2min，随后氯金酸(HAuCl4·3H2O)与氯铂酸(H2PtCl6·12H2O)混合溶液缓慢滴加至烧瓶中，超声1-4min，然后加入预先配制的硼氢化钠(NaBH4)溶液，室温搅拌20-40min，待反应结束得到Au1Pt3合金胶体溶液。
优选的，贵金属Au3+和Pt4+摩尔比为1:3。
优选的，一种Au1Pt3合金胶体溶液的制备方法，将1mL新鲜配制的20g·L-1聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与5mLN,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂置于烧瓶中，搅拌至PVP完全溶解，加入50μL正辛酸(n-octanoic acid)，超声1min，随后75μL 的0.15M氯金酸(HAuCl4·3H2O)与225μL的0.15M氯铂酸(H2PtCl6·12H2O)混合溶液缓慢滴加至烧瓶中，超声2min，然后加入200μL预先配制的0.075g·mL-1硼氢化钠(NaBH4)溶液，室温搅拌30min，待反应结束得到Au1Pt3合金胶体溶液。优选的，得到的Au1Pt3合金为珊瑚状。
本方法得到的Au1Pt3合金对多巴胺(DA)分子有很强的电催化能力，同时具备了对干扰物质的高效选择能力。
本发明还公开了一种检测多巴胺(DA)的电化学传感器，使用了上述方法制备得到的Au1Pt3合金胶体溶液，按照如下步骤制备：
(1)制备Au1Pt3合金胶体溶液
(2)Au1Pt3/GCE制备
1.0、0.3和0.05μm铝粉依次在GCE电极表面进行抛光，随后用去离子水彻底清洗，并在10％稀硝酸、无水乙醇和去离子水超声处理各3min，红外灯下烘干得到干净的GCE电极；将步骤(1)的Au1Pt3合金胶体溶液用过量的乙醇反复洗涤，并重新溶解在无水乙醇中，得到Au1Pt3合金胶体乙醇溶液，取上述溶液15μL 滴涂在GCE表面，待溶剂挥发后，得到Au1Pt3/GCE。
(3)poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE制备
预先配制1mM甲硫氨酸(L-Met)磷酸盐缓冲溶液，随后Au1Pt3/GCE浸在上述溶液中，在窗口电位-1.0到2.4V，扫描速率100mV·s-1条件下电聚合6圈，然后用去离子水清洗，氮气吹干，得到poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE。
优选的，步骤(2)中电极表面负载的Au1Pt3合金为0.15mg，Au和Pt的质量比为 1:2.97。
优选的，步骤(2)得到Au1Pt3合金胶体乙醇溶液浓度为10mg·mL-1。
优选的，GCE电极直径3mm。
优选的，步骤(3)使用的磷酸盐缓冲溶液摩尔浓度为0.1M，pH＝8.04。
本发明首次在室温条件下一锅法制备珊瑚状Au1Pt3合金纳米粒子，其形貌尺寸易于控制，并具有多重表面缺陷和活性位点，修饰在玻碳电极(GCE)表面增加了电极的电化学活性面积、粗糙度和电子传输能力。随后电聚合L-Met，得到 poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE传感器。将二者联系在一起构筑的 poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE传感器对DA检测展示出了高灵敏度、高选择性和高稳定性。实现了对多巴胺(DA)高灵敏度检测，在0.5-200μM浓度范围内其检出限为0.07μM(S/N＝3)，同时计算得出的灵敏度为4.07μA·μM-1·cm-2，与目前已有的DA检测方法(光谱、毛细管电泳、色谱)相比，该方法具有材料制备简便、能耗低、便于普及等优点。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例3和4所述的传感材料的示意图。
图2为本发明创造实施例3所述的珊瑚状Au1Pt3合金纳米粒子的透射电镜图和元素分布图。
图3为本发明创造实施例4所述的电聚合L-Met循环伏安图。
图4为本发明创造实施例5所述的Au1Pt3/GCE和poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE的扫描电镜图和元素分布图。
图5为本发明创造实施例6所述的多巴胺(DA)电催化对比循环伏安图。
图6为本发明创造实施例6所述的不同浓度多巴胺(DA)的差分脉冲图和标准曲线图。
图7为本发明创造实施例6所述的选择性实验图。
具体实施方式
为了使本发明上述特征和优点更加清楚和容易理解，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
实施例1
一种Au1Pt3合金胶体溶液的制备方法，
将新鲜配制的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂置于烧瓶中，搅拌至PVP完全溶解，加入正辛酸(n-octanoic acid)，超声2min，随后氯金酸(HAuCl4·3H2O)与氯铂酸(H2PtCl6·12H2O)混合溶液缓慢滴加至烧瓶中，超声4min，然后加入预先配制的硼氢化钠(NaBH4)溶液，室温搅拌20min，待反应结束得到Au1Pt3合金胶体溶液。
实施例2
将新鲜配制的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂置于烧瓶中，搅拌至PVP完全溶解，加入正辛酸(n-octanoic acid)，超声1min，随后氯金酸(HAuCl4·3H2O)与氯铂酸(H2PtCl6·12H2O)混合溶液缓慢滴加至烧瓶中，贵金属Au3+和Pt4+摩尔比为1:3，超声2min，然后加入预先配制的硼氢化钠(NaBH4) 溶液，室温搅拌40min，待反应结束得到Au1Pt3合金胶体溶液。
实施例3
将1mL新鲜配制的20g·L-1聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与5mLN,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂置于100mL烧瓶中，搅拌至PVP完全溶解，加入50μL正辛酸 (n-octanoic acid)，超声1min，随后75μL的0.15M氯金酸(HAuCl4·3H2O)与225μL 的0.15M氯铂酸(H2PtCl6·12H2O)混合溶液缓慢滴加至烧瓶中，超声2min，然后加入200μL预先配制的硼氢化钠(NaBH4)溶液(0.075g·mL-1)，室温搅拌30min，待反应结束得到Au1Pt3合金胶体溶液。
为了更好地理解本发明合成的珊瑚状Au1Pt3合金纳米粒子，对其进行了透射电镜和元素分布的表征。
从图2中可以看出珊瑚状Au1Pt3合金纳米粒子具有良好的分散性，晶格间距为0.229nm，图2d→h展示了多重表面缺陷如孪晶、位错、层错等。经快速傅里叶变换(FTT)说明每一个倒易晶格对应于面心立方型(f.c.c)结构的
Figure GDA0002244382480000051
晶带轴。 Au和Pt的元素分布图(2a和2b)进一步说明了Au1Pt3合金纳米粒子中Au和Pt 分布均匀。
实施例4
(1)Au1Pt3/GCE制备：1.0、0.3和0.05μm铝粉依次在电极表面进行抛光，随后用去离子水彻底清洗，并在10％稀硝酸、无水乙醇和去离子水超声处理各3 min，红外灯下烘干得到干净GCE电极。15μL Au1Pt3合金胶体乙醇溶液(10 mg·mL-1)滴涂在直径3mmGCE表面，待溶剂挥发后，得到Au1Pt3/GCE。
(2)预先配制1mM甲硫氨酸(L-Met)磷酸盐缓冲溶液(0.1M pH＝8.04)，随后Au1Pt3/GCE浸在上述溶液中，在窗口电位-1.0到2.4V，扫描速率100mV·s-1条件下电聚合6圈，然后用去离子水清洗，氮气吹干，得到poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE。
如图3A所示，在第一次电位扫描中，观察到一个不可逆的氧化峰，其峰值电位为1.93V。随着扫描周期从2圈增加到6圈，L-Met的氧化还原峰值电流分别在1.35V和-0.83V处逐渐达到饱和，说明聚L-Met膜已在Au1Pt3/GCE表面良好的形成。通过对比Au1Pt3/GCE和GCE聚合L-Met的第6圈循环伏安曲线(如
图3B)，在Au1Pt3/GCE电极表面聚合L-Met的氧化还原峰电流明显高于GCE电极表面聚合L-Met的电流，表明Au1Pt3合金纳米粒子的引入提高了导电能力，使聚L-Met膜更具有电活性。
实施例5
图4A和4B为Au1Pt3/GCE和poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE的扫描电镜图，从图中可以看出经Au1Pt3合金纳米粒子修饰后的电极呈现出多的孔穴、大的比表面积和粗糙的表面，为后续电聚合L-Met提供良好的平台。当电聚合过程结束后， poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE的表面形貌较聚合前呈现相对致密的形态，而粗糙的表面以及多孔穴的形貌未发生明显的变化；图4c中L-Met特征S元素的分布图显示其均匀地分布在电极表面，以上结果进一步说明了聚L-Met良好地分散在Au1Pt3/GCE表面。同时，这样的电极表面不仅可以加快被分析物的传质速度，而且可以缩短分析物检测的响应时间。
实施例6
图5为不同电极的多巴胺(DA)电催化循环伏安曲线，相比较于 poly(L-Met)/GCE,Au1Pt3/GCE和GCE,poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE对DA的氧化呈现最高的峰电流密度值。这是基于高活性的Au1Pt3合金纳米粒子和具有导电活性的聚L-Met协同作用。而Au1Pt3/GCE未能显示出高的峰电流密度表明其表面在氧化DA过程中氧化产物结垢所致。
图6为不同浓度多巴胺(DA)的差分脉冲曲线，随着DA浓度的升高，其氧化峰电流值(Ipa)呈现上升趋势，在DA浓度范围为0.5-200μM中，拟合的线性方程为Ipa(μA)＝0.590CDA(μM)+28.944(R2＝0.9970),检出限是0.07μM(S/N＝3)，同时计算得出的灵敏度为4.07μA·μM-1·cm-2。说明该传感器对DA检测具有高的灵敏度、宽的检测浓度范围和低的检出限。
选择5倍于100μM多巴胺(DA)的干扰物质：抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)、酪胺(TYR)、色胺(TRA)和苯乙胺(PEA)；选择10倍于100μM DA的干扰离子K+,Na+, Ca2+,Mg2+,Cl-,NO3 -,PO4 3-作为研究该电化学传感材料的选择性。如图7所示，引入的干扰物质和干扰离子对DA的检测无影响，说明poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE 传感器对DA的检测具有良好的选择性。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，按照如下步骤制备：
(1) 制备Au1Pt3合金胶体溶液，具体步骤如下：将新鲜配制的聚乙烯吡咯烷酮与N,N-二甲基乙酰胺溶剂置于烧瓶中，搅拌至PVP完全溶解，加入正辛酸，超声0.5-2min，随后氯金酸与氯铂酸混合溶液缓慢滴加至烧瓶中，超声1-4 min，然后加入预先配制的硼氢化钠溶液，室温搅拌20-40min，待反应结束得到Au1Pt3合金胶体溶液，贵金属Au3+和Pt4+摩尔比为1:3；得到的Au1Pt3合金为珊瑚状；
(2) Au1Pt3/GCE制备
1.0、0.3和0.05 μm铝粉依次在GCE电极表面进行抛光，随后用去离子水彻底清洗，并在10%稀硝酸、无水乙醇和去离子水超声处理各3 min，红外灯下烘干得到干净的GCE电极；将步骤(1)的Au1Pt3合金胶体溶液用过量的乙醇反复洗涤，并重新溶解在无水乙醇中，得到Au1Pt3合金胶体乙醇溶液，取上述溶液15µL滴涂在GCE表面，待溶剂挥发后，得到Au1Pt3/GCE；
(3) poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE制备
预先配制1 mM甲硫氨酸磷酸盐缓冲溶液，随后Au1Pt3/GCE浸在上述溶液中，在窗口电位-1.0到2.4 V，扫描速率100 mV·s-1条件下电聚合6圈，然后用去离子水清洗，氮气吹干，得到poly(L-Met)/Au1Pt3/GCE。
2.根据权利要求1所述一种检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤（1） 制备Au1Pt3合金胶体溶液，具体步骤如下：将1 mL新鲜配制的20 g·L-1聚乙烯吡咯烷酮与5mLN,N-二甲基乙酰胺溶剂置于烧瓶中，搅拌至PVP完全溶解，加入50 µL正辛酸，超声1min，随后75µL的0.15 M氯金酸与225µL的0.15 M氯铂酸混合溶液缓慢滴加至烧瓶中，超声2min，然后加入200 µL预先配制的0.075 g·mL-1硼氢化钠溶液，室温搅拌30 min，待反应结束得到Au1Pt3合金胶体溶液，得到的Au1Pt3合金为珊瑚状。
3.根据权利要求1所述一种检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(2)中电极表面负载的Au1Pt3合金为0.15mg，Au和Pt的质量比为1:2.97。
4.根据权利要求1所述一种检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(2)得到Au1Pt3合金胶体乙醇溶液浓度为10mg·mL-1。
5.根据权利要求1所述一种检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(2)使用的GCE电极直径为3mm。
6.根据权利要求1所述一种检测多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(3)使用的磷酸盐缓冲溶液摩尔浓度为0.1 M，pH=8.04。
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CN110632159A (zh) 2019-12-31

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