CN111307899A - 一种脑内维生素c活体测定电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脑内维生素C活体测定电极及其制备方法。该方法包括下述步骤：采用疏水作用将合成的对维生素C具有优异电化学催化性能的碳球修饰在碳纤维电极上。该碳球修饰的电极可用于脑内维生素C的活体检测。

Description

一种脑内维生素C活体测定电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学检测领域，具体地，本发明涉及一种脑内维生素C活体测定电极及其制备方法。
背景技术
维生素C，又名抗坏血酸，是脑内重要的神经化学分子。已有的实验结果预示着维生素C在脑的活动过程中发挥着重要的作用，因此，发展脑内维生素C准确测定的分析化学原理和方法对于研究其在脑神经生理和病理的作用将具有十分重要的意义。
电化学方法由于具有高的时空分辨率和能够实现活体动物分析等优点，在脑化学的活体分析中备受关注。一般地，利用电化学方法进行活体分析时，多选用直径为7μm左右的碳纤维作为电极，既可实现活体原位测定，又可以尽量减少对脑组织的损伤。然而，由于脑内存在多种具有电化学活性的神经小分子(如单胺类分子及其代谢产物等)，使得脑内维生素C的选择性活体原位分析变得困难。在多数碳基电极上，维生素C被认为是一种内壳层电化学活性物种，其在电极上的电化学行为与电极的表面结构具有密切的关联性。
基于此，已经报道的有限几种关于脑内维生素C选择性活体分析的方法基本上都是通过对裸碳纤维电极进行表面处理而建立的。这些表面处理方法包括电化学和光学等方法。利用表面处理后的碳纤维电极，结合电位扫描技术(如微分脉冲和快速电位扫描等)，即可实现脑内维生素C的选择性活体测定。但由于碳纤维制备方法的差异，即使严格控制电极的预处理条件，也很难在来源不同的碳纤维电极上得到相对一致的电化学响应，尤其对类似于维生素C这样内壳层的电化学活性物种来说。这一局限最终导致利用裸碳纤维电极(即使经过前处理)很难实现脑内维生素C活体检测的困境。
发明人通过之前的研究发现，碳纳米管作为一种结构独特的碳材料，其作为电极材料时能够明显降低维生素C的电化学氧化过电位。利用此性质，发明人发展了脑内维生素C的电化学分析方法。但是，碳纳米管在使用之前需要进行前处理(如强酸和高温处理等)，而且很难在碳纤维电极表面固定形成可植入脑内的电化学电极。虽然利用手工滴涂、表面生长和电泳沉积的方法可以实现碳纳米管在碳纤维表面的固定，但这些方法仍然存在重现性差等问题。例如：手工滴涂方法制备的电极由于碳纳米管在碳纤维表面的吸附较弱，所以制备的电极长时间使用的稳定性有待提高。另外，手工滴涂方法也存在重现性差的问题。表面生长的方法存在实验过程复杂和仪器昂贵等不足。电泳沉积的方法是将负电性的碳纳米管在电场的驱动下沉积到碳纤维电极的表面。虽然该方法克服了手工滴涂和表面生长方法的不足，但电泳施加的高电压会降低碳纳米管对维生素C的催化能力，需要后续的高温和酸处理方可恢复其对维生素C优异的催化性能。
因此，亟需发展一种对维生素C既具有优异电催化性能，又可以稳定重现固定于碳纤维电极表面的电化学催化剂，以满足维生素C活体分析之需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种对维生素C具有高选择性和高灵敏检测的新型碳球修饰碳纤维电极及其制备新方法。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种传感电极。根据本发明的实施例，所述传感电极包括：碳纤维电极，所述碳纤维电极的表面修饰有自组单层膜；以及电催化介质，所述电催化介质通过疏水作用修饰在所述碳纤维电极上，所述电催化介质具有对维生素C特异的电催化性能。根据本发明实施例的传感电极可以有效实现对维生素C高选择性和高灵敏度的检测，且稳定性和重现性好。
根据本发明的实施例，上述传感电极还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述自组单层膜为烷基胺。发明人发现，自组单层膜能显著降低修饰电极的电容，即测试过程中噪音基线小，这一优势可以满足在以细胞、脑片等为实验对象时的低噪音检测要求。
根据本发明的实施例，所述自组单层膜为辛胺、庚胺、己胺或十八胺。
根据本发明的实施例，所述自组单层膜是通过如下方式修饰在所述碳纤维电极表面的：将所述碳纤维电极插入烷基胺的乙醇溶液中，并以1mV/s的扫描速度在-0.5～+2.0V的电压范围内进行循环伏安扫描5～20圈。由此，所述碳纤维电极表面可以有效修饰自组单层膜。
根据本发明的实施例，所述烷基胺包括选自辛胺、庚胺、己胺、十八烷基胺的至少之一。
根据本发明的实施例，所述烷基胺的乙醇溶液中，以高氯酸锂作为支持电解质。
根据本发明的实施例，在所述碳纤维电极表面修饰自组单层膜前，预先将所述碳纤维电极在1mol/L NaOH水溶液中，依次进行安培法处理和循环伏安扫描处理，所述安培法处理是在+1.5V电压下处理80s，所述循环伏安扫描处理是以0.05V/s的扫描速度在0～+1V电压范围内扫描10圈。由此，可以有效活化所述碳纤维电极。
根据本发明的实施例，所述电催化介质为碳球。
根据本发明的实施例，所述碳球是通过如下方式制备获得的：将乙醇、水和氨水进行第一混合处理，所述乙醇和所述水的体积比为1:1～4:1，如为2:1或3:1；将硅酸乙酯与第一混合处理产物进行第二混合处理；将第二混合处理产物与多巴胺水溶液进行第三混合处理；将第三混合处理产物进行洗涤离心和真空干燥处理；将真空干燥处理产物进行煅烧处理；将煅烧处理产物在氢氟酸水溶液中进行刻蚀处理，洗涤并真空干燥以便获得所述碳球。需要说明的是，所述氢氟酸水溶液可以将二氧化硅层选择性地去除。发明人发现，根据本发明实施例的方法制备的碳球对维生素C具有优异电化学催化性能。相比于碳纳米管修饰的碳纤维电极，根据本发明实施例的方法制备的碳球无需预先进行其他处理，且所述碳球修饰后的碳纤维电极也无需进行进一步的复杂处理，即可直接应用于维生素C的体外或活体测定，使得检测方法简单可控，且重现性高。根据本发明实施例的方法制备的碳球修饰后的碳纤维电极可以实现对维生素C高选择性和高灵敏度的检测，且稳定性和重现性好。
根据本发明的实施例，所述真空干燥处理是在温度为70～90℃(压力为-0.08MPa～-0.1MPa)，如为72、74、76、78、80、82、84、86或88℃的条件下进行的。由此，根据本发明实施例的方法制备的碳球修饰后的碳纤维电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
根据本发明的实施例，所述氨水与所述水(指第一混合处理中的水)的体积比为1:6～2:1，如为1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1或2:1。需要说明的是，氨水为常规市售的氨水，氨水浓度为25～28％。根据本发明的实施例，所述硅酸乙酯的体积与所述水(指第一混合处理中的水)的体积的比为1:6～2:1，如为1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1或2:1。根据本发明的实施例，所述多巴胺水溶液中，多巴胺的浓度为0.01～1g/mL，如0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8或1g/mL。在一些实施例中，所述多巴胺水溶液是通过将0.2～2g多巴胺溶解在2～20mL水中形成的。由此，根据本发明实施例的方法制备的碳球修饰后的碳纤维电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
根据本发明的实施例，所述氢氟酸水溶液中，所述氢氟酸的质量分数为5～20％，如7、9、11、13、15、17或19％。由此，可以充分地选择性去除二氧化硅层，根据本发明实施例的方法制备的碳球修饰后的碳纤维电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
根据本发明的实施例，所述第一混合处理是在转速为500～1000r/min，如为600、700、800或900r/min，温度为25～60℃，如为30、35、40、45、50或55℃的条件下进行30～60min，如为35、40、45、50或55min。根据本发明的实施例，所述第二混合处理是在转速为500～1000r/min，，如为600、700、800或900r/min，温度为25～60℃，如为30、35、40、45、50或55℃的条件下进行0.5～1.5h，如0.7、0.9、1.0、1.3或1.5h。根据本发明的实施例，所述第三混合处理是在转速为500～1000r/min，如为600、700、800或900r/min，温度为25～60℃，如为30、35、40、45、50或55℃的条件下进行6～24h，如为10、14、18、20或24h。由此，各混合处理更加充分，根据本发明实施例的方法制备的碳球修饰后的碳纤维电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
根据本发明的实施例，所述煅烧处理是以3～6℃/min，如4或5℃/min的速率升温并在温度为600～1000℃，如600、700、800或900℃的条件下进行2～3h，如2.5h。由此，可以有效煅烧获得碳球，根据本发明实施例的方法制备的碳球修饰后的碳纤维电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
根据本发明的实施例，所述刻蚀处理的时间为4～10h，如为6或8h。由此，可以进一步充分选择性去除二氧化硅层，根据本发明实施例的方法制备的碳球修饰后的碳纤维电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
根据本发明的实施例，所述碳纤维电极包括：玻璃毛细管，所述玻璃毛细管两端密封设置；碳纤维—导电金属丝复合体，所述碳纤维—导电金属丝复合体设置在所述玻璃毛细管内，并延伸至所述玻璃毛细管一端密封端口的外部；其中，所述碳纤维—导电金属丝复合体是通过将碳纤维固定在导电金属丝上形成的。
根据本发明的实施例，所述碳纤维—导电金属丝复合体延伸至所述玻璃毛细管一端密封端口外部的长度为10～500μm。
根据本发明的实施例，所述导电金属丝为铜丝、铁丝或银丝。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备前面所描述的传感电极的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将所述碳纤维电极在碳球分散液中进行浸泡处理；将浸泡处理后的所述碳纤维电极进行干燥处理，以便获得所述传感电极。根据本发明实施例的方法制备的传感电极可以有效实现对维生素C高选择性和高灵敏度的检测，且稳定性和重现性好。
根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述碳球分散液中，分散剂包括选自水、DMF的至少之一。根据本发明的实施例，所述碳球分散液中，所述碳球的浓度为0.5～1.5mg/mL，如为0.7、0.9、1.0、1.1或1.3mg/mL。由此，碳球可以在分散剂中分散均匀，根据本发明实施例的方法制备的传感电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
根据本发明的实施例，所述浸泡处理的时间为2～24h，如为3、5、7、9、11、13、15、17或19h。由此，碳球可以通过疏水作用有效修饰在碳纤维电极表面，根据本发明实施例的方法制备的传感电极在检测维生素C时，准确度和灵敏度更高，选择性更好。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种检测待测样本中维生素C的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将工作电极、对电极和参比电极插入待测样本中，所述工作电极为前面所描述的传感电极或前面所描述的方法制备的传感电极，所述工作电极和所述对电极之间设置有电信号检测器；基于所述电信号检测器输出的电信号响应，确定所述待测样本中的维生素C(是否存在或者浓度大小)。需要说明的是，所述电信号检测器可以是电化学工作站。另外，依据根据本发明实施例的方法检测获得的维生素C的电信号响应数值(如电流)，以及电信号与维生素C的浓度之间的线性关系，便可以计算获得待测样本中维生素C的浓度。根据本发明实施例的方法可以定性检测体外或体内是否存在维生素C，同时可以定量检测体外或体内维生素C的浓度，如用于脑内维生素C活体原位电化学分析，且准确度和灵敏度高，选择性好。
根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述对电极为Pt丝。
根据本发明的实施例，所述参比电极为Ag/AgCl电极。
附图说明
图1为根据本发明实施例的碳球修饰的碳纤维电极制备方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例的碳球的扫描电镜图；
图3为根据本发明实施例合成的碳球修饰的玻碳电极和裸玻碳电极对维生素C的循环伏安图；
图4为根据本发明实施例的碳纤维电极修饰自组单层膜的循环伏安图；
图5为根据本发明实施例的裸碳纤维电极、自组单层膜修饰的碳纤维电极、碳球修饰的碳纤维电极的扫描电镜图；
图6为根据本发明实施例的裸碳纤维电极、自组单层膜修饰的碳纤维电极、碳球修饰的碳纤维电极对维生素C的循环伏安图；
图7为根据本发明实施例的碳球修饰的碳纤维电极有无修饰自组单层膜的电容对比图；
图8为根据本发明实施例的电极对维生素C的稳定性图；
图9为根据本发明实施例的电极对维生素C的选择性电流图；
图10为根据本发明实施例的电极对维生素C的浓度梯度电流图；
图11为根据本发明实施例的电极对鼠脑内维生素C的循环伏安图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明公开了一种脑内维生素C活体测定电极及其制备方法。该方法包括下述步骤：采用疏水作用将合成的对维生素C具有优异电化学催化性能的碳球修饰在碳纤维电极上。所述疏水作用是通过碳纤维电极修饰的自组单层膜和碳球分散液实现的，具体方法如下：将修饰自组单层膜的碳纤维电极在碳球分散液中浸泡2-24h，清洗未吸附的碳球，自然晾干或烘干，即可得到对维生素C高选择性和高灵敏度的电极。该碳球修饰的电极可用于监测活体脑内维生素C的浓度变化。
针对现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种对维生素C具有高选择性和高灵敏检测的新型的碳球修饰碳纤维电极及其制备新方法。利用碳球修饰碳纤维电极实现脑内维生素C的活体原位分析具有独创性。
所述对维生素C高选择性和高灵敏的碳球修饰碳纤维电极的新方法，包括下述步骤：采用疏水作用将碳球修饰在碳纤维电极上。所发展的方法具有很好重现性和创新性。
所述碳球需要合成。所述碳球的合成方法具体如下：
首先将无水乙醇和超纯水混合，加入2-20mL氨水，以一定转速和温度搅拌30-60min。然后加入2-20mL硅酸乙酯以同样的转速和温度搅拌1h。将多巴胺溶液加入上述溶液中搅拌6-24h，洗涤离心，真空干燥。以3-6℃/min的速率升温并在600-1000℃煅烧2-3h。最后在HF溶液中刻蚀4-10h，洗涤并真空干燥。
在一些实施例中，所述无水乙醇和超纯水以1:1-4:1的体积比混合。
在一些实施例中，所述转速为500-1000r/min，温度为25-60℃。
在一些实施例中，所述多巴胺溶液为2-20mL超纯水中溶解0.2-2g多巴胺。
在一些实施例中，所述真空干燥的温度为70-90℃。
在一些实施例中，所述HF的质量分数为5-20％。
需要说明的是，不同合成参数合成的碳球直径和碳层厚度不同。
所述疏水作用是通过碳纤维电极修饰的自组单层膜和碳球分散液实现的。具体方法如下：将修饰自组单层膜的碳纤维电极在碳球分散液中浸泡2-24h，用分散剂清洗未吸附的碳球，自然晾干或烘干。
在一些实施例中，所述碳球分散液为不同质量浓度的碳球分散液，分散剂包括超纯水或DMF等。
试验中采用其它近似浸泡时间，也能将碳球修饰至电极表面，实现高选择高灵敏检测维生素C的目的。
在一些实施例中，所述自组单层膜的形成可以通过化学键合作用、范德华相互作用、静电相互作用和电化学等多种方法实现。
本发明所修饰的自组单层膜是通过电化学方法实现的。其中，电化学方法是通过电化学工作站实现的；在所述三电极体系中，碳纤维电极为工作电极，Pt丝为对电极，有机相Ag/AgCl为参比电极。
所述电化学方法修饰自组单层膜的具体方法如下：将碳纤维电极、Pt丝和有机相Ag/AgCl插入溶解烷基胺的乙醇溶液中，伏安法施加电压-0.5～+2.0V，以1mV/s的扫描速度进行电化学修饰，扫描圈数为5-20圈。最后用乙醇和超纯水清洗残余的烷基胺，即可得到自组单层膜修饰的碳纤维电极。
在一些实施例中，所述烷基胺包括辛胺、庚胺、己胺、十八烷胺等烷基胺。所述乙醇溶液需以高氯酸锂作为支持电解质。
试验中采用其它近似电压范围和扫描圈数也能将烷基胺修饰至电极表面，以能在电极上形成自组单层膜为准。
本发明所使用的碳纤维电极按照已有的方法制备，具体方法如下：用导电银胶将碳纤维粘在导电金属丝上，然后将碳纤维—导电金属丝穿入已经拉制好的尖端开口的玻璃毛细管中，并保证碳纤维伸出玻璃毛细管的尖端开口。用绝缘胶水封住玻璃毛细管的前后两端并晾干，最后超声清洗暴露的碳纤维。
在一些实施例中，所述的导电金属丝可为铜丝、铁丝或银丝等。
在一些实施例中，所述超声清洗依次在丙酮、乙醇、1.0-3.0mol/L HNO3溶液、1.0-2.0mol/L KOH溶液和超纯水中进行。
在一些实施例中，所述碳纤维电极修饰自组单层膜前需要进行电化学处理。具体方法如下：将碳纤维电极浸入1mol/L NaOH溶液中，先用安培法在+1.5V电压下处理50-100s，再以0.05-0.2V/s的扫描速度在0-+1V电压范围内进行循环伏安扫描5-20圈。所述安培法和循环伏安扫描均在三电极体系中完成，工作电极为超声清洗过的碳纤维电极，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为Pt丝。
经上述方法得到的电极对维生素C表现出高选择性和高灵敏度的响应。
上述方法制备得到的碳球和碳球修饰的碳纤维电极也属于本发明的保护范围。
本发明还保护碳球和碳球修饰的碳纤维电极的应用。
所述应用是该碳球和碳球修饰的碳纤维电极在体外和/或活体实时或非实时监测维生素C的应用，尤其是在活体脑内原位测定维生素C的应用。
本发明所述的碳球和碳球修饰的碳纤维电极在制备体外和/或活体实时或非实时监测维生素C产品中的应用，同样属于本发明的保护范围。
本发明请求保护所述的碳球和碳球修饰的碳纤维电极在制备活体脑内测定维生素C浓度的产品中的应用。
本发明所述的碳球和碳球修饰的碳纤维电极在在活体脑内测定维生素C浓度变化中的应用，同样属于本发明的保护范围。
本发明合成的碳球不需要进行其他的处理，即可对维生素C具有高选择性和高灵敏度的响应。制备得到的碳球碳纤维电极也不需要进一步处理，即可应用于维生素C的活体测定。因此，该方法避免了碳纳米管复杂的处理过程和修饰方法，降低了维生素C检测的难度。
综上所述，根据本发明实施例的碳球合成方法和电极修饰方法，至少具有以下之一优点：
1)合成的碳球不需要后续处理，即可表现出对维生素C优异的催化性能，能够实现对维生素C高灵敏和特异性检测；
2)通过疏水作用得到的碳球修饰的碳纤维电极可直接进行维生素C的测定，避免了手工滴涂的高精度操作和电泳沉积繁琐的后处理过程，该方法操作简单可控，重现性高；
3)该碳球修饰的碳纤维电极相对于其他方法得到的电极有较低的电容，即测试过程中噪音基线小，可满足低噪音检测需求。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步解释说明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用的维生素C(VC)购于SIGMA-ALDRICH公司。
实施例
1、碳纤维电极的制备
按照已有的方法，碳纤维电极制备如下：首先将一根玻璃毛细管(外径：1.5mm；内径：0.89mm；长度：10cm)在重力微电极拉制仪(WD-1型，成都仪器厂)上拉制成两根尖端很细的玻璃毛细管，并使用手术刀将尖端部分切去，暴露出10-30μm直径的端口。然后将约1cm长的碳纤维用导电银胶粘在约10cm长的铜丝上，并小心穿出玻璃毛细管端口。用环氧树脂封住玻璃毛细管的尖端端口，防止测试溶液进入玻璃毛细管导通电路；且用环氧树脂把铜丝固定在玻璃毛细管尾端开口的内壁，防止铜丝移动造成断路。在光学显微镜下，用维纳斯剪将碳纤维截留300μm左右，即得碳纤维电极(CFE)。此外，将制备好的碳纤维电极依次在丙酮、乙醇、3.0mol/L HNO3溶液、1.0mol/L KOH溶液和超纯水中超声1min。
2、碳球修饰的碳纤维电极的制备
参考图1，该方法包括：
S100：合成碳球
在该步骤中，用于实验的碳球需要合成。首先将20mL无水乙醇和10mL超纯水混合，加入2mL氨水，以500r/min转速和25℃搅拌60min。然后加入2mL硅酸乙酯以同样的转速和温度搅拌1h。将0.2g多巴胺加入4mL超纯水中配成溶液，将多巴胺溶液加入上述的混合溶液中搅拌12h，洗涤离心，70℃真空干燥。以3℃/min速率升温并在700℃煅烧3h。最后在20wt％HF溶液中刻蚀10h，洗涤并70℃真空干燥。参考图2，扫描电镜图表征该参数下合成的碳球直径为200nm。参考图3，维生素C(Vc)在裸玻碳电极上起峰电位约为+30mV，峰值电位约为+400mV；而维生素C(Vc)在碳球修饰的玻碳电极上起峰电位约为-60mV，峰值电位约为-20mV，说明合成的碳球能显著降低维生素C的氧化过电位，其对维生素C具有优异的电催化能力。
S200：进行自组单层膜修饰
在该步骤中，对碳纤维电极(CFE)进行自组单层膜修饰。具体方法如下：首先将CFE进行电化学处理。在1mol/L NaOH溶液中，以安培法在+1.5V电压下处理80s，再以0.05V/s的扫描速度在0-+1V电压范围内进行循环伏安扫描10圈。其中CFE为工作电极，Pt丝为对电极，Ag/AgCl为参比电极。然后将CFE浸在5mmol/L十八烷基胺的乙醇溶液(100mmol/L LiClO4为支持电解质)中，以0.01V/s的扫描速度在-0.5～+2.0V电压范围内进行循环伏安扫描10圈。参考图4，即CFE修饰自组单层膜的循环伏安图。修饰自组单层膜的CFE依次用乙醇和超纯水清洗三次，在超纯水中浸泡30min去除残余的烷基胺，即可得到自组单层膜修饰的碳纤维电极(SAM-modified CFE)。
S300：进行碳球修饰
在该步骤中，将自组单层膜修饰的CFE浸在1mg/mL的碳球(CS)分散液中8h，之后用超纯水清洗掉残余的碳球分散液，自然晾干即可得到碳球修饰的碳纤维电极(CS/SAM-modified CFE)。参考图5，扫描电镜图显示碳球修饰在SAM-modified CFE上。
3、碳球修饰的碳纤维电极的表征
发明人表征了上述方法获得的电极对维生素C的响应。首先配制5mL含有200μmol/L维生素C(Vc)的电解液(此处采用人工脑脊液(aCSF)，其组成为NaCl(126mmol/L),KCl(2.4mmol/L),KH2PO4(0.5mmol/L),MgCl2(0.85mmol/L),NaHCO3(27.5mmol/L),Na2SO4(0.5mmol/L),CaCl2(1.1mmol/L))，将所述碳纤维电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对电极构成三电极体系进行循环伏安扫描。参考图6，维生素C(Vc)循环伏安图显示CS/SAM-modified CFE对维生素C(Vc)有优异的催化效果。
发明人表征了上述方法获得的电极的电极电容。取5mL的aCSF作电解液将所述碳纤维电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对电极构成三电极体系进行循环伏安扫描。参考图7，有自组单层膜的碳球修饰的碳纤维电极(CS/SAM-modified CFE)的电极电容相比裸碳纤维电极(bare CFE)没有太大变化。
发明人表征了上述方法获得的电极对维生素C(Vc)的稳定性。首先配制10mL含有500μmol/L维生素C(Vc)的aCSF，将所述电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对电极构成三电极体系。然后对工作电极施加+50mV电压，以300r/min的转速进行搅拌，连续测定一小时，电流下降为4.95％。参考图8，说明碳球修饰的碳纤维电极在测定过程中具有优异的稳定性。
发明人表征了上述方法获得的电极对维生素C的选择性。参考图9，对工作电极施加+50mV电压，待背景电流稳定后，向电解液(此处为aCSF)中依次加入50μmol/L的多巴胺(DA)溶液、20μmol/L的去甲肾上腺素(NE)溶液、20μmol/L的肾上腺素(E)溶液、50μmol/L的尿素(UA)溶液、10μmol/L的5-羟色胺(5-HT)溶液、20μmol/L二羟基苯乙酸(DOPAC)溶液，均没有产生明显的电流响应。当加入脑内基础浓度为200μmol/L的维生素C(Vc)溶液后，电流显著升高，说明+50mV电压下电极对维生素C具有优异的选择性。其中，所述安培法是在三电极体系中完成的，所述电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，Pt丝为对电极。
发明人表征了上述方法获得的电极对维生素C的线性响应。首先配制50mmol/L的维生素C储备液。取5mL的aCSF作电解液，将所述电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对电极构成三电极体系。然后对工作电极施加0V电压，待背景电流稳定后，向电解液中每隔100s加入不同体积的维生素C储备液，使aCSF中维生素C中浓度依次变化为5μmol/L、10μmol/L、20μmol/L、50μmol/L、100μmol/L、200μmol/L，依次检测电极的电流变化。参考图10，所述电极对不同浓度维生素C具有不同电流响应且成良好的线性关系。
发明人表征了上述方法获得的电极在鼠脑内对维生素C的响应。将电极植入大鼠纹状体，并以该电极为工作电极，和脑表面的Ag/AgCl参比电极，Pt丝对电极构成三电极体系。参考图11，循环伏安图显示该电极对鼠脑内基础浓度的维生素C具有优异的催化效果。
从上述实施例得出，本发明采用碳球修饰的碳纤维电极对维生素C具有良好的稳定性、选择性和灵敏度。合成的碳球可替代碳纳米管，实现对维生素C优异的电催化。自组单层膜的修饰方法降低了裸碳纤维电极直接修饰碳球的电极电容，同时避免了手工滴涂的高操作精度要求，且修饰得到的电极不需要繁琐的后处理可直接使用。从而本发明将发展为一种活体测定维生素C的电极，用于脑内维生素C活体原位电化学分析。
对比例1
制备方法与实施例的第一部分和第二部分基本相同，区别仅在于：碳球修饰的碳纤维电极制备时，裸碳纤维电极、自组单层膜修饰的碳纤维电极对维生素C的循环伏安响应和扫描电镜图。
结果与讨论：采用与实施例第3部分相同的表征方法进行表征，发现裸碳纤维电极(bare CFE)的表面比较粗糙、有明显沟壑，自组单层膜修饰的碳纤维电极(SAM-modifiedCFE)表面较裸碳纤维电极光滑，两者对维生素C的循环伏安响应均差于碳球修饰的碳纤维电极(CS/SAM-modified CFE)，结果如图6所示。
对比例2
制备方法与实施例的第一部分和第二部分基本相同，区别仅在于：碳球修饰的碳纤维电极制备时，碳纤维电极没有修饰自组单层膜。
结果与讨论：采用与实施例第3部分相同的表征方法进行表征，发现未修饰自组单层膜而直接修饰碳球的碳纤维电极(CS-modified CFE)的电极电容相比裸碳纤维电极(bare CFE)有非常显著地增大，而进行自组单层膜修饰的碳球修饰碳纤维电极(CS/SAM-modified CFE)的电极电容相比裸碳纤维电极(bare CFE)出现没有数量级的变化，即CS/SAM-modified CFE在检测过程中会表现出小的噪音基线，结果如图7所示。
对比例3
制备方法与实施例的第一部分和第二部分基本相同，区别仅在于：碳纤维电极没有修饰自组单层膜和碳球。
结果与讨论：采用与实施例第3部分相同的表征方法进行表征，发现裸碳纤维电极(bare CFE)在电化学测定过程中表现出明显的下降趋势，连续一小时的测定过程电流下降超过80％，结果如图8所示。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种传感电极，其特征在于，包括：
碳纤维电极，所述碳纤维电极的表面修饰有自组单层膜；以及
电催化介质，所述电催化介质通过疏水作用修饰在所述碳纤维电极上，所述电催化介质具有对维生素C特异的电催化性能。
2.根据权利要求1所述的传感电极，其特征在于，所述自组单层膜为烷基胺，任选地，所述烷基氨为辛胺、庚胺、己胺或十八烷基胺；
任选地，所述自组单层膜是通过如下方式修饰在所述碳纤维电极表面的：
将所述碳纤维电极插入烷基胺的乙醇溶液中，并以1mV/s的扫描速度在-0.5～+2.0V的电压范围内进行循环伏安扫描5～20圈；
任选地，所述烷基胺包括选自辛胺、庚胺、己胺、十八烷基胺至少之一；
任选地，所述烷基胺的乙醇溶液中，以高氯酸锂作为支持电解质；
任选地，在所述碳纤维电极表面修饰自组单层膜前，预先将所述碳纤维电极在1mol/LNaOH水溶液中，依次进行安培法处理和循环伏安扫描处理，所述安培法处理是在+1.5V电压下处理80s，所述循环伏安扫描处理是以0.05V/s的扫描速度在0～+1V电压范围内扫描10圈。
3.根据权利要求1所述的传感电极，其特征在于，所述电催化介质为碳球。
4.根据权利要求3所述的传感电极，其特征在于，所述碳球是通过如下方式制备获得的：
将乙醇、水和氨水进行第一混合处理，所述乙醇和所述水的体积比为1:1～4:1；
将硅酸乙酯与第一混合处理产物进行第二混合处理；
将第二混合处理产物与多巴胺水溶液进行第三混合处理；
将第三混合处理产物进行洗涤离心和真空干燥处理；
将真空干燥处理产物进行煅烧处理；
将煅烧处理产物在氢氟酸水溶液中进行刻蚀处理，以便获得所述碳球；
任选地，所述真空干燥处理是在温度为70～90℃的条件下进行的；
任选地，所述氨水与所述水的体积比为1:6～2:1；
任选地，所述硅酸乙酯的体积与所述水的体积的比为1:6～2:1；
任选地，所述多巴胺水溶液中，所述多巴胺的浓度为0.01～1g/mL；
任选地，所述氢氟酸水溶液中，所述氢氟酸的质量分数为5～20％；
任选地，所述第一混合处理是在转速为500～1000r/min，温度为25～60℃的条件下进行30～60min；
任选地，所述第二混合处理是在转速为500～1000r/min，温度为25～60℃的条件下进行0.5～1.5h；
任选地，所述第三混合处理是在转速为500～1000r/min，温度为25～60℃的条件下进行6～24h；
任选地，所述煅烧处理是以3～6℃/min的速率升温并在温度为600～1000℃的条件下进行2～3h；
任选地，所述刻蚀处理的时间为4～10h。
5.根据权利要求1所述的传感电极，其特征在于，所述碳纤维电极包括：
玻璃毛细管，所述玻璃毛细管两端密封设置，
碳纤维—导电金属丝复合体，所述碳纤维—导电金属丝复合体设置在所述玻璃毛细管内，并延伸至所述玻璃毛细管一端密封端口的外部，
其中，所述碳纤维—导电金属丝复合体是通过将碳纤维固定在导电金属丝上形成的；
任选地，所述碳纤维—导电金属丝复合体延伸至所述玻璃毛细管一端密封端口外部的长度为10～500μm；
任选地，所述导电金属丝为铜丝、铁丝或银丝。
6.一种制备权利要求1～5任一项所述的传感电极的方法，其特征在于，包括：
将所述碳纤维电极在碳球分散液中进行浸泡处理；
将浸泡处理后的所述碳纤维电极进行干燥处理，以便获得所述传感电极。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碳球分散液中，分散剂包括选自水、DMF的至少之一；
任选地，所述碳球分散液中，所述碳球的浓度为0.5～1.5mg/mL；
任选地，所述浸泡处理的时间为2～24h。
8.一种检测待测样本中维生素C的方法，其特征在于，包括：
将工作电极、对电极和参比电极插入待测样本中，所述工作电极为权利要求1～5任一项所述的传感电极或权利要求6～7任一项所述的方法制备的传感电极，所述工作电极和所述对电极之间设置有电信号检测器；
基于所述电信号检测器输出的电信号响应，确定所述待测样本中的维生素C。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对电极为Pt丝。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述参比电极为Ag/AgCl电极。
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