CN111474223A - 同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，属于分析检测领域。本发明所述电化学传感器采用三电极体系，以Pt电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，利用聚合物单体TEPB在铜片上发生聚合反应制备得到的PTEPB/Cu作为工作电极。本发明技术方案制备得到的生物传感器既可同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺三种生物分子，又可单独检测其中一种，具有良好的检测限和灵敏度，使用较为灵活，且重现性和稳定性优良，能够实现对人体血清中生物分子的实时检测。
Description
技术领域
本发明属于分析检测技术，特别是涉及一种能够同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器及其制备方法与应用。
背景技术
在现代医学的疾病诊断过程中，同时检测溶液中多种代谢物是一种必要的诊断措施。尿酸(UA)、抗坏血酸(AA)和多巴胺(DA)是人体代谢活动的基本物质，这些物质具有抗氧化作用，可用于预防和治疗各种疾病，包括普通感冒，各种精神疾病，甚至癌症。其中，AA作为抗氧化剂除了在人体内发挥重要作用，还广泛用于动物饲料，食品，化妆品等。由于AA在中枢神经系统中以毫摩尔水平存在，因此开发一种简单、快速和灵敏的检测AA的方法至关重要。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、亨廷顿疾病及帕金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。同时，尿酸在人体内扮演着维持血压、兴奋大脑和抗氧化应激等重要角色。这三种物质共同存在于人体中，因此同时检测这三种物质对于临床、病理学和生物学研究都是很有意义的。
目前UA、DA、AA的同时检测主要依靠毛细管电泳、电化学发光和拉曼光谱等方法。但是这些检测方法存在设备昂贵、分析时间长、溶剂损耗较大等缺点，严重限制了这些检测方法在实际检测中的应用。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种能够同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器及其制备方法与应用。
技术方案：本发明所述的一种同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其采用三电极体系，以Pt电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，利用聚合物单体TEPB在铜片上发生聚合反应制备得到的PTEPB/Cu作为工作电极。
其中，所述PTEPB/Cu电极的制备包括以下步骤：
(1)铜片的预处理：取铜片清洗干燥；
(2)PTEPB/Cu的制备：取吡啶溶液，向其中加入聚合物单体TEPB和哌啶，然后将步骤(1)预处理后的铜片浸入其中，密封升温至50～80℃反应，反应结束后洗涤干燥，得到PTEPB/Cu。
进一步的，步骤(1)中，所述清洗是指取铜片依次用HCl、甲醇和乙醇各超声洗涤2～8min。所述HCl的浓度范围是2～5mol/L，甲醇的纯度为97.00％～99.99％，乙醇的纯度为97.00％～99.99％。
步骤(1)中，所述铜片厚度为0.09～0.49mm，铜片纯度为97.00％～99.99％，铜片单面抛光，均方根粗糙度≤30nm。
步骤(2)中，所述吡啶的体积为5～15mL；TEPB的含量为8～15mg；哌啶的浓度为5～15mol/L，含量为0.05～0.15mmol。
步骤(2)中，密封升温至50～80℃聚合反应18～72h。
步骤(2)中，反应结束后将产物依次用吡啶、二氯甲烷和甲醇洗涤，氩气流下干燥；其中，吡啶的纯度为97.00％～99.99％，二氯甲烷的纯度为97.00％～99.99％，甲醇的纯度为97.00％～99.99％。
上述电化学传感器在同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺分子中的应用也在本发明的保护范围内。
具体地，所述电化学传感器采用三电极体系，以Pt电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，PTEPB/Cu为工作电极，所有电化学测试均在室温下进行，电解液为磷酸盐缓冲溶液(PBS,pH 7.0～7.4,1M/L)；设置循环伏安法的扫描范围为-1～0.4V，扫描速率为5-～100mV/s，灵敏度为10-3A/V；微分脉冲伏安法设置扫描电位为-1.2～0.6V，微分脉冲条件：振幅为0.05V，脉冲周期为0.5s，脉冲宽度为0.05s，扫描速率50～100mV/s,灵敏度为10-3A/V；记录不同浓度的抗坏血酸、多巴胺和尿酸在PTEPB/Cu电极上的微分脉冲伏安曲线并得到抗坏血酸、多巴胺和尿酸的浓度与电流的线性关系图。
有益效果：相比较现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明与传统方法相比，制备简便，操作简单：以PTEPB/Cu复合物作为电极材料，并利用简单滴涂和自然晾干的方法在电极表面形成了均匀的薄膜，制备过程简便，易于操作；
(2)灵敏度高实用性强：本发明制备得到的电化学传感器既可同时检测以上三种生物分子，又可单独检测其中一种，具有良好的检测限和灵敏度，使用较为灵活，且重现性和稳定性优良，能够实现对真实样本的实时检测。对检测人体健康具有重要意义。
附图说明
图1为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极同时检测尿酸、抗坏血酸和多巴胺分子所得的循环伏安图；
图2为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极同时检测尿酸、抗坏血酸和多巴胺分子所得的DPV图；
图3为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极检测尿酸所得DPV及电流-浓度线性关系图；
图4为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极检测抗坏血酸所得DPV及电流-浓度线性关系图；
图5为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极检测多巴胺所得DPV及电流-浓度线性关系图；
图6为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极检测尿酸所得电流-浓度线性关系图；
图7为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极检测抗坏血酸所得电流-浓度线性关系图；
图8为实施例2电化学传感器中PTEPB/Cu电极检测多巴胺所得电流-浓度线性关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例1
一种能够同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极为PTEPB/Cu电极，该电极是利用Cu催化聚合物单体TEPB在其表面发生聚合反应制备得到。
其中，所述的PTEPB/Cu电极的制备方法，由以下步骤组成：
(1)铜片的预处理：将厚度为0.25mm铜片依次用HCl(浓度为2.5mol/L)、甲醇和乙醇各超声洗涤2min，并在氩气流下干燥。
(2)PTEPB/Cu复合材料：将聚合物单体TEPB(12.4mg)和哌啶(10mol/L，0.1mmol)加入装有吡啶溶液(10mL)的玻璃瓶中，然后将步骤(1)中预处理过的铜片浸入反应混合物中。密封后放置烘箱中，升温至60℃聚合24h，之后将得到的产物依次用吡啶，二氯甲烷和甲醇洗涤、氩气流下干燥，得到PTEPB/Cu复合材料，作为工作电极。
实施例2
一种能够同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极为PTEPB/Cu电极，该电极是利用Cu催化聚合物单体TEPB在其表面发生聚合反应制备得到。
其中，所述的PTEPB/Cu电极的制备方法，由以下步骤组成：
(1)铜片的预处理：将厚度0.15mm的铜片依次用HCl(浓度为2mol/L)、甲醇和乙醇各超声洗涤2min，并在氩气流下干燥。
(2)PTEPB/Cu复合材料：将聚合物单体TEPB(8.3mg)和哌啶(6.7mol/L，0.1mmol)加入装有吡啶溶液(6.7mL)的玻璃瓶中，然后将步骤(1)中预处理过的铜片浸入反应混合物中。密封后放置烘箱中，升温至60℃聚合18h，之后将得到的产物依次用吡啶，二氯甲烷和甲醇洗涤、氩气流下干燥，得到PTEPB/Cu复合材料，作为工作电极。
实施例3
一种能够同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极为PTEPB/Cu电极，该电极是利用Cu催化聚合物单体TEPB在其表面发生聚合反应制备得到。
其中，所述的PTEPB/Cu电极的制备方法，由以下步骤组成：
(1)铜片的预处理：将厚度0.45mm的铜片依次用HCl(浓度为4mol/L)、甲醇和乙醇各超声洗涤2min，并在氩气流下干燥。
(2)PTEPB/Cu复合材料：将聚合物单体TEPB(15mg)和哌啶(12mol/L，0.1mmol)加入装有吡啶溶液(12mL)的玻璃瓶中，然后将步骤(1)中预处理过的铜片浸入反应混合物中。密封后放置烘箱中，升温至80℃聚合72h，之后将得到的产物依次用吡啶，二氯甲烷和甲醇洗涤、氩气流下干燥，得到PTEPB/Cu复合材料，作为工作电极。
实施例4
利用实施例1、2、3中制备的电化学传感器PTEPB/Cu，通过微分脉冲伏安法对尿酸、抗坏血酸和多巴胺的样品进行分析检测。
配制尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)溶液：
用电子天平称量尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)溶液溶于2ml水中，制备0.001mol/L的尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)溶液，根据实验需要逐级稀释至所需浓度(3μM、6μM、12.5μM、25μM、50μM)。
尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)的同时测定：
利用电化学传感器PTEPB/Cu为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极、铂丝电极为对电极，采用循环伏安法在0.1M PBS(pH＝7.4)的溶液中对2μmol/L的尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)溶液进行同时测定。具体测试条件为：测定介质：pH7.4的PBS缓冲溶液；检测电位范围：-1V～0.4V；扫描速率为5-～100mV/s，灵敏度为10-3A/V。
电流响应如图1所示，从图1中可以看出，加入2μmol/L的尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)混合溶液后，分别在-0.8V、-0.4V和-0.2V出现三个氧化峰。
采用微分脉冲伏安法进行同时测定，具体测试条件为：测定介质：pH7.4的PBS缓冲溶液；检测电位范围：-1.2V～0.6V；微分脉冲条件：振幅为0.05V，脉冲周期为0.5s，脉冲宽度为0.05s。
电流响应如图2，根据图2可以看出，在-1.2V～0.6V之间有3个明显的信号峰，分别对应不同浓度的尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)，且随着溶液浓度的增加，电流信号呈上升趋势。
实施例5
尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)的单独测定：
利用电化学传感器PTEPB/Cu为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极、铂丝电极为对电极，采用微分脉冲伏安法在0.1M PBS(pH＝7.4)的溶液中分别测定。首先控制其中2种溶液的浓度不变，只改变待测分子的浓度，分别对3种溶液进行单独监测，结果如图3～5所示：由图3～5可知，对三种分子单独检测时，其峰电流位置与同时测定时几乎相同，且当改变待测分子浓度时，电流信号均呈正相关趋势增加。
进一步研究其中浓度与电流信号关系可以发现，浓度与电流信号之间呈现较好的线性关系，如图6～8所示。由图6～8可知，对于尿酸(UA)、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)三种分子，本发明所述电化学传感器具有较好的线性范围和灵敏度(由线性拟合方程的斜率可知)，检测范围分别为0-14μM，0-160μM，0-120μM。灵敏度分别为：7μA/M,0.2μA/M,1.4μA/M。
Claims (10)
1.一种同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其采用三电极体系，其特征在于，以Pt电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，利用聚合物单体TEPB在铜片上发生聚合反应制备得到的PTEPB/Cu作为工作电极。
2.根据权利要求1所述的同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述PTEPB/Cu电极的制备包括以下步骤：
(1)铜片的预处理：取铜片清洗干燥；
(2)PTEPB/Cu的制备：取吡啶溶液，向其中加入聚合物单体TEPB和哌啶，然后将步骤(1)预处理后的铜片浸入其中，密封升温至50～80℃反应，反应结束后洗涤干燥，得到PTEPB/Cu。
3.根据权利要求2所述的同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(1)中，所述清洗是指取铜片依次用HCl、甲醇和乙醇各超声洗涤2～8min。
4.根据权利要求3所述的同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其特征在于，所述HCl的浓度范围是2～5mol/L。
5.根据权利要求2所述的同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(1)中，所述铜片厚度为0.09～0.49mm，铜片纯度为97.00％～99.99％，铜片单面抛光，均方根粗糙度≤30nm。
6.根据权利要求2所述的同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(2)中，所述吡啶体积为5～15mL；TEPB的含量为8～15mg；哌啶的浓度为5～15mol/L，含量为0.05～0.15mmol。
7.根据权利要求2所述的同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(2)中，密封升温至50～80℃聚合反应18～72h。
8.根据权利要求2所述的同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器，其特征在于，步骤(2)中，反应结束后将产物依次用吡啶、二氯甲烷和甲醇洗涤，氩气流下干燥；其中，吡啶的纯度为97.00％～99.99％，二氯甲烷的纯度为97.00％～99.99％，甲醇的纯度为97.00％～99.99％。
9.权利要求1所述电化学传感器在同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺分子中的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，包括以下步骤：所述电化学传感器采用三电极体系，以Pt电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，PTEPB/Cu为工作电极，所有电化学测试均在室温下进行，电解液为磷酸盐缓冲溶液(PBS,pH 7.0～7.4,1M/L)；设置循环伏安法的扫描范围为-1～0.4V，扫描速率为5-～100mV/s，灵敏度为10-3A/V；微分脉冲伏安法设置扫描电位为-1.2～0.6V，微分脉冲条件：振幅为0.05V，脉冲周期为0.5s，脉冲宽度为0.05s，扫描速率50～100mV/s,灵敏度为10-3A/V；记录不同浓度的抗坏血酸、多巴胺和尿酸在PTEPB/Cu电极上的微分脉冲伏安曲线并得到抗坏血酸、多巴胺和尿酸的浓度与电流的线性关系图。
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