CN111426729B - 纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法及应用 - Google Patents

纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于分析化学与光致电化学传感器领域，具体涉及纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法及应用。通过超声剥离方法成功剥离出纳米ZnSe，将其修饰到金电极GE上，构建了ZnSe/GE光电化学传感器。该传感器对多巴胺具有选择性响应。方法简单，成本低。

Description

纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法及应用
技术领域
本发明属于分析化学与光致电化学传感器领域，具体为一种检测多巴胺的硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法。另外，本发明还涉及采用所述的光致电化学传感器测多巴胺的方法。
背景技术
多巴胺是一种神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。多巴胺是下丘脑和脑垂体腺中的一种关键神经递质，中枢神经系统中多巴胺的浓度受精神因素的影响。研究表明，多巴胺参与和影响躯体的生理功能是重要而广泛的。它调控人类的运动功能，没有了它的作用人类将寸步难行。人类的情绪和认识能力包括乳汁分泌、心血管功能、胃肠功能，调节眼球内压力和视网膜对视觉信息的传递等，都需要多巴胺发挥调控作用。此外，很多治疗疾病的有效药物也围绕多巴胺的研究而产生。如多巴胺和多巴酚丁胺用于治疗由失血或感染引起的休克；左旋多巴胺治疗顽固帕金森病；神经安定剂治疗神经分裂症；吗丁啉类治疗胃肠运动和排空功能减弱；多巴胺的拮抗药物治疗青光眼和脑垂体瘤等。建立多巴胺高灵敏度检测方法，对神经系统和药物研发上有着深远意义。目前已经有许多分析方法应用到了多巴胺的检测中：比色法、荧光传感法、电化学法等。光致电化学方法具有价格低廉、响应速度快、操作简单、灵敏度高等优点，有望更好地应用于多巴胺的检测中。因此，本发明使用光敏材料修饰电极来制备用于多巴胺的灵敏检测的光致电化学传感器，建立一种测定多巴胺的新方法。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种检测多巴胺的硒化锌修饰电极光致电化学传感器制备方法，以及提供一种采用所述的光致电化学传感器检测多巴胺的方法。
本发明的目的是这样实现的：用硒化锌修饰金电极，构建光致电化学传感器以实现对多巴胺的测定；一种检测多巴胺的硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法及应用，包括如下步骤：
(1)纳米硒化锌的制备
称取1mg～200mg硒化锌，分散于盛有0.1mL～200mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中，搅拌1min～100min，然后在超声仪中超声0.1h～48h，对硒化锌进行剥离处理，最后形成浓度为0.1mg/mL～50mg/mL的硒化锌悬浊液。将该硒化锌悬浊液在转速100转/min～24000转/min下离心0.1min～120min后，取出离心管，去除上清液，将DMF加入上述沉淀中进行洗涤，重复洗涤三次后，将所得的纳米硒化锌分散于DMF中，转移至称量瓶中，放在室温下备用。
(2)纳米硒化锌修饰金电极的制备
取上述剥离所得的1μL～50μL硒化锌分散液滴加在经抛光处理的金电极表面，在室温条件下自然干燥，即可得到纳米硒化锌修饰的金电极。制备好的纳米硒化锌修饰金电极放置在室温下备用。
一种利用上述方法制备的光致电化学传感器检测多巴胺含量的方法，将光致电化学传感器插入含一定浓度的多巴胺溶液中时，得光致电化学信号I，以I为分析信号，进行多巴胺的测定。剥离和未剥离的ZnSe表征如图1所示。从图1(A)可以看出，剥离后的ZnSe是一种薄层无规片状结构，比较薄。从图1(B)可以看出，未剥离的ZnSe厚度明显厚于剥离的ZnSe，未剥离的ZnSe是多层ZnSe叠加在一起形成的片状结构，TEM图像中间部分的黑色阴影说明粉体ZnSe没有分散开，而且颜色深浅不均也说明了厚度存在较大的差异。从二者的对比不难看出，超声对ZnSe的剥离起到了显著的效果。
实验研究了不同剥离剂剥离的ZnSe光致电化学活性性能，实验分别用剥离过的ZnSe和未剥离过的ZnSe修饰金电极。在电极表面滴加15μL ZnSe悬浊液，在室温下干燥。剥离和未剥离的ZnSe修饰的电极分别在pH 7.4PBS中和含有多巴胺的pH为7.4的PBS中测其光致电化学信号。
实验结果如图2所示，在PBS中，裸电极(A)的光致电化学信号很小，但剥离的ZnSe修饰的电极(C)和未剥离的ZnSe修饰电极(B)信号值均增大，且剥离的ZnSe修饰电极信号值大于未剥离ZnSe修饰电极，说明ZnSe有一定的光致电化学性能，且剥离ZnSe光致电性能更强。当PBS中加入DA后，裸电极的光电流信号无明显变化(D)，而ZnSe修饰电极((E)和(F))光电流信号均明显增大，其中剥离的ZnSe修饰电极(E)、未剥离的ZnSe修饰电极(F)的光电流信号达到1588nA、756nA，相比没有DA的时候，光电流值增大了约50倍。由此可知，剥离的ZnSe光致电化学性能优于未剥离的ZnSe；DA对ZnSe光致电化学信号有明显的增强作用。
由于上述方法制备的光致电化学传感器可以检测多巴胺，因此，本发明提供了上述的光致电化学传感器在检测多巴胺含量中的应用。
与现有技术相比，本发明涉及的光致电化学传感器具有如下优点和显著地进步：硒化锌作为一种具有优良光电性质的纳米材料，相比于其他的II-VI族纳米晶体，尤其是相比于CdSe来说，具有更低的生物毒性，这使得其在生物医学及其他生物方面具有更大的应用价值。并且，硒化锌具有很稳定的光致电化学信号，使得本发明设计的光致电化学传感器具有高的稳定性。另外，根据实验光致电化学信号强度(图7)可以看出，当本发明的传感器用于检测其他的氨基酸或小分子时，其光电流信号远远低于检测多巴胺的光电流信号，这说明该传感器具有很高的选择性检来测多巴胺。因此，本发明涉及的一种检测多巴胺的硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法及应用有良好的发展前景。
以上所用的PBS浓度为10mM，由Na2HPO4、Na2HPO4和NaCl组成，其中NaCl的浓度为0.9％。
附图说明
图1硒化锌透射电镜图。剥离后的硒化锌(A)，未剥离的硒化锌(B)。
图2ZnSe修饰金电极的光致电化学信号响应曲线。A、B、C分别为裸金电极、未剥离ZnSe修饰金电极、剥离ZnSe修饰金电极在PBS溶液中的光致电化学信号；D、E、F分别为裸金电极、剥离ZnSe修饰金电极、未剥离ZnSe修饰金电极在含有DA的PBS溶液中的光致电化学信号响应曲线。
图3电位优化。左图，从A到G，在-0.3V-0.3V电位时修饰电极在DA的PBS溶液中的信号；从a到g，在-0.3V-0.3V电位时裸电极电极在DA的PBS溶液中的信号。右图为电位为-0.3V-0.3V时，修饰电极与裸电极的信号差值折线图。
图4pH优化。左图，从A到E，pH为6.5,7.0,7.4,8.0,8.5时修饰电极在DA的PBS溶液中的信号；从a到e，pH为6.5,7.0,7.4,8.0,8.5时裸电极电极在DA的PBS溶液中的信号。右图为pH为6.5,7.0,7.4,8.0,8.5时，修饰电极与裸电极的信号差值折线图。
图5硒化锌用量优化。左图中A-E为剥离ZnSe修饰电极在修饰剂体积为5，10，15，20，25μL时在DA的PBS溶液中的光致电化学响应曲线，a-e为裸电极在DA的PBS溶液中的的光致电化学响应曲线；右图为修饰剂体积为5，10，15，20，25μL时修饰电极和裸电极的信号差值折线图。
图6光致电化学信号与多巴胺浓度关系图。左图横坐标为浓度c，单位为mol/L。
图7光致电化学传感器的选择性。从a到x分别为多巴胺(DA)，空白溶液、甲硫氨酸(Met)、赖氨酸(Lys)、苏氨酸(Thr)、丝氨酸(Ser)、精氨酸(Arg)、亮氨酸(Lou)、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、脯氨酸(Pro)、苯丙氨酸(Phe)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)、半胱氨酸(Cys)、胱氨酸(Cys-Cys)、色氨酸(Trp)、天冬酰胺(Asn)、异亮氨酸(Iso)、抗坏血酸(AA)、甘氨酸(Gly)、芦丁(Rutin)、苏氨酸(Thr)、谷胱甘肽(L-Glu)。氨基酸或小分子的浓度均为1mM。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明，但不构成对发明的进一步限制。
实施例1传感器的制备
用分析天平称取75mg硒化锌，分散于盛有15mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中，搅拌10min，然后在功率为300W的超声仪中超声10h，对硒化锌进行剥离处理，并对其进行表征(图1)，最后形成浓度为5mg/mL的硒化锌悬浊液。将该硒化锌悬浊液在转速10000转/min下离心20min后，取出离心管，去除上清液，将DMF加入上述沉淀中进行洗涤，重复洗涤三次后，将所得的纳米硒化锌分散于DMF中，转移至称量瓶中，放在室温下备用。
取15.0μL硒化锌分散液滴加在经抛光处理的金电极表面，在室温条件下自然干燥，即可得到纳米硒化锌修饰的金电极。制备好的纳米硒化锌修饰金电极放置在室温下备用。
实施例2多巴胺的测定
将实施例1所得的光致电化学传感器插入到含多巴胺的PBS溶液中，进行光致电化学测试，以I为分析信号实现对多巴胺的测定。
实施例3电位优化
制备的光致化学传感器会因为电极电位的不同来改变自身的电子传递，从而对光致电化学信号测定产生一定的影响。分别在-0.3V、-0.2V、-0.1V、0.0V、0.1V、0.2V、0.3V不同工作电位下测定光致电化学信号。图3为不同电位下的光致电化学信号响应。当电位在小于-0.3V时，所得光致化学信号不稳定，峰形无法读数。在-0.3V的电位下光致电化学信号的响应最大且稳定，所以最终选择的电极电位为-0.3V。
实施例4pH优化
将电极分别在pH为6.5、7.0、7.4、8.0、8.5、9.0的PBS溶液中测定光致电化学信号。图4为在不同pH条件下测定的光致电化学信号响应。可以看出，当pH小于7.4时，光致电化学信号值随着pH的增加而增加，当pH大于7.4时，光致电化学信号反而随着pH的增加而减小。所以选择检测介质的pH为7.4。
实施例5硒化锌用量的优化
用移液枪分别准确移取5μL、10μL、15μL、20μL、25μL的硒化锌溶液滴涂在金电极上，测定光致电化学信号。图5为不同硒化锌用量情况下的光致电化学信号。可以看出，在硒化锌用量为5μL到15μL时光电信号逐渐增大，在硒化锌用量为15μL到25μL区间则呈现下降趋势。硒化锌用量为50μL时光致电化学信号最大。选择硒化锌用量为15μL。
实施例6方法灵敏度
考察了方法测定的灵敏度和线性范围等分析特性。在优选的条件下，目标物多巴胺的浓度在1.0×10-10mol/L到1.0×10-4mol/L范围内与光致电化学信号成线性函数关系式(图6)。线性函数关系式为：I(nA)＝-211.39c+2154.9(nA)(c是多巴胺的浓度，mol/L)，其中R2＝0.9984，相对标准偏差(RSD)为3.97％，实验检出限达到3.0×10-11mol/L。
实施例7传感器的选择性
在光致电化学传感器的构建中，选择性是一个重要因素。本发明中，ZnSe导带上的电子转移到金电极上，而此时溶液中的氨基酸作为电子供体又将电子转移到价带的空穴上。降低了ZnSe电子空穴对的复合几率，从而增加了光电流。考察了常见氨基酸和小分子对传感器选择性的影响。在多巴胺(DA)、甲硫氨酸(Met)、赖氨酸(Lys)、苏氨酸(Thr)、丝氨酸(Ser)、精氨酸(Arg)、亮氨酸(Lou)、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、脯氨酸(Pro)、苯丙氨酸(Phe)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)、半胱氨酸(Cys)、胱氨酸(Cys-Cys)、色氨酸(Trp)、天冬酰胺(Asn)、异亮氨酸(Iso)、抗坏血酸(AA)、甘氨酸(Gly)、芦丁(Rutin)、苏氨酸(Thr)、谷胱甘肽(L-Glu)23种小分子中，只有多巴胺对光致电化学信号有明显的增强做作用(图7)。说明传感器对多巴胺具有选择性，可实现对多巴胺的选择性测定。

Claims (2)

1.纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米硒化锌的制备
称取1mg～200mg硒化锌，分散于盛有0.1mL～200mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中，搅拌1min～100min，然后在超声仪中超声0.1h～48h，对硒化锌进行剥离处理，最后形成浓度为0.1mg/mL～50mg/mL的硒化锌悬浊液；将该硒化锌悬浊液在转速100转/min～24000转/min下离心0.1min～120min后，取出离心管，去除上清液，将DMF加入上述沉淀中进行洗涤，重复洗涤三次后，将所得的纳米硒化锌分散于DMF中，转移至称量瓶中，放在室温下备用；
(2)纳米硒化锌修饰金电极的制备
取上述剥离所得的1μL～50μL硒化锌分散液滴加在经抛光处理的金电极表面，在室温条件下自然干燥，即可得到纳米硒化锌修饰的金电极，得到纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器；
(3)一种利用上述方法制备的纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器检测多巴胺含量的方法，当将光致电化学传感器插入到PBS溶液中，进行光致电化学测试，得光致电化学信号I0；当光致电化学传感器插入含一定浓度的多巴胺溶液中时，得光致电化学信号I，以I-I0为分析信号，进行多巴胺的测定；
由于上述方法制备的光致电化学传感器可以检测多巴胺，因此，提供了上述的光致电化学传感器在检测多巴胺含量中的应用。
2.根据权利要求1的纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器制备方法，其特征在于所述的纳米硒化锌修饰金电极光致电化学传感器具有如下特性：
多巴胺、甲硫氨酸、赖氨酸、苏氨酸、丝氨酸、精氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、色氨酸、天冬酰胺、异亮氨酸、抗坏血酸、甘氨酸、芦丁、苏氨酸、谷胱甘肽23种小分子对传感器的响应中，只有多巴胺对光致电化学信号有明显的增强做作用。
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