CN112198213A - 一种用于检测谷氨酸浓度的非酶电化学传感器及采用其的检测方法 - Google Patents

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CN112198213A CN202011036045.6A CN202011036045A CN112198213A CN 112198213 A CN112198213 A CN 112198213A CN 202011036045 A CN202011036045 A CN 202011036045A CN 112198213 A CN112198213 A CN 112198213A
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Abstract

本发明提供了一种用于检测谷氨酸浓度的非酶电化学传感器及采用其的检测方法，所述的电化学传感器包括反应池，以及设置于反应池内的工作电极、辅助电极和参比电极；通过工作电极、辅助电极和参比电极构建三电极体系，对反应池内的待测溶液中的谷氨酸进行痕量检测；所述的工作电极为表面修饰有镍氧化物‑还原氧化石墨烯纳米材料的碳基电极。本发明以非酶电化学传感方式检测样品中低浓度的谷氨酸，对0.1nM‑1μM范围内的谷氨酸浓度也可以实现较高的电流响应，从而实现了对谷氨酸进行痕量检测的目的，为生物与医学应用领域中谷氨酸的痕量检测提供了非常廉价、快捷的方法，值得推广。

Description

一种用于检测谷氨酸浓度的非酶电化学传感器及采用其的检 测方法
技术领域
本发明属于痕量检测技术领域，涉及一种非酶电化学传感器及采用其的检测方法，尤其涉及一种用于检测谷氨酸浓度的非酶电化学传感器及采用其的检测方法。
背景技术
谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统内最主要的兴奋性神经递质，在学习记忆、神经发育等生命活动中发挥重要作用。在生理条件下，谷氨酸在脑内的浓度及分布受到严格调控以维持稳态。而病理条件下，特别是在一些严重的神经疾病如脑卒中、神经退行性疾病、精神分裂症、癫痫等的发病过程中，由于谷氨酸转运体的再摄取受到抑制，滞留在胞外的谷氨酸大量积聚，可从稳态水平的几个μM上升至几十μM，过度激活神经元上的谷氨酸受体，产生神经兴奋毒性并最终引起神经元死亡。对上述严重脑疾病所产生神经兴奋毒性的程度进行快速准确的评估，对于制定治疗方案、脑保护策略以及研发新药等都具有重要的意义。然而，已有的可用于检测脑组织或脑脊液样品中所含谷氨酸水平的方法大多需要昂贵的设备/装置，或操作/制备工艺复杂，在大范围技术推广方面仍然有较大的阻碍，因此成本低廉的、快速准确的检测手段是未来重要的发展方向之一。
目前，可用于检测脑组织中的谷氨酸主要包括：高效液相频谱、毛细管电泳法和电化学技术。前两种方法可以准确地检测样品中的谷氨酸含量，但都需要特殊的设备，而且操作较为繁琐，难以实现快速检测的技术目的。而电化学技术主要基于微型化的电化学电极的使用，电化学检测设备的价格相对较低，对待检测物质的选择性和敏感性较高、响应迅速，可用于快速精准地测定神经兴奋毒性的程度变化。
由于谷氨酸呈电化学惰性，因此针对谷氨酸的常规电化学检测主要借助酶基电化学传感器，如谷氨酸氧化酶修饰的电化学电极，通过对谷氨酸氧化产生的副产物过氧化氢(作为报告分子)进行检测，从而获得谷氨酸的浓度信息。尽管酶基传感器对检测物质具有较高的选择性和敏感性，但在实际操作中，制备工艺较为复杂，而且无法避免酶反应所固有的不稳定性或环境依赖性、低重现性等缺点。更重要的问题在于谷氨酸检测相关酶的成本过高，极大地限制了其在生物传感领域的应用。另一方面，谷氨酸非酶电化学传感器的发展较为迟滞。迄今，只有少数几种非酶传感器可用于谷氨酸检测。虽然在成本、制备工艺以及反应稳定性等方面具有明显优势，但这些传感器对谷氨酸的浓度检测范围普遍较高(100μM-8mM)，仍显著高于脑组织和脑脊液中的谷氨酸浓度(μM级别)。因此，这些非酶传感器无法应用于生物样品的检测。
CN111307891A公开了一种壳聚糖衍生多孔碳泡沫电极的制备方法，包括：1)将壳聚糖粉末与醋酸水溶液混合均匀得到壳聚糖醋酸溶液，将所述壳聚糖醋酸溶液低温冷冻并干燥后得到壳聚糖泡沫；2)将所述壳聚糖泡沫于惰性气氛下煅烧，得到壳聚糖衍生多孔碳泡沫；3)将所述壳聚糖衍生多孔碳泡沫切片得到壳聚糖衍生多孔碳泡沫薄片，将壳聚糖衍生多孔碳泡沫薄片经由导电介质固定在金属集流体上即得壳聚糖衍生多孔碳泡沫电极。
CN102200527A公开了一种检测血样维生素含量的循环伏安法，包括：取待测血样与维生素样本处理液混合，利用循环伏安法检测样品在维生素检测仪传感器探头上发生氧化还原反应时产生的电流信号；通过比较不同浓度维生素标准样品的电流信号值，制定标准曲线，根据待测样品产生的电流信号值，获取待测血样中维生素的含量。
CN106093149B提供了一种用于检测α-酮戊二酸的电化学生物传感器、制备方法及其应用技术领域，用于检测α-酮戊二酸的电化学生物传感器，该电化学生物传感器为三电极体系传感器，工作电极是表面修饰有谷氨酸脱氢酶膜的玻碳电极。
由此，目前大部分电化学传感器属于酶基传感器，只有少数几种非酶传感器可用于谷氨酸检测。虽然在成本、制备工艺以及反应稳定性等方面具有明显优势，但这些非酶电化学传感器对谷氨酸的浓度检测范围普遍较高(100μM-8mM)，仍显著高于脑组织和脑脊液中的谷氨酸浓度(μM级别)。因此，这些非酶传感器无法应用于生物样品的检测。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于检测谷氨酸浓度的非酶电化学传感器及采用其的检测方法，以非酶电化学传感方式检测样品中低浓度的谷氨酸，为生物与医学应用领域中谷氨酸的痕量检测提供了非常廉价、快捷的方法，值得推广。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于检测谷氨酸的非酶电化学传感器，所述的电化学传感器包括反应池，以及设置于反应池内的工作电极、辅助电极和参比电极；通过工作电极、辅助电极和参比电极构建三电极体系，对反应池内的待测溶液中的谷氨酸进行痕量检测。
所述的工作电极为表面修饰有镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料的碳基电极。
本发明将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料修饰到碳基工作电极表面，基于此构建三电极体系形成用于对谷氨酸进行痕量检测的非酶电化学传感器。在碱性溶液条件下，谷氨酸可被镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料催化氧化，通过电化学循环伏安法可检测谷氨酸氧化信号。本发明以非酶电化学传感方式检测样品中低浓度的谷氨酸，对0.1nM-1μM范围内的谷氨酸浓度也可以实现较高的电流响应，从而实现了对谷氨酸进行痕量检测的目的，为生物与医学应用领域中谷氨酸的痕量检测提供了非常廉价、快捷的方法，值得推广。
作为本发明一种优选的技术方案，采用电镀工艺将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料修饰至碳基电极表面得到所述的工作电极。
示例性地，本发明提供了一种制备所述工作电极的电镀方法，具体包括如下步骤：
(1)合成镍氧化物-还原氧化石墨烯：将硫酸镍、硫酸钠与还原氧化石墨烯按照质量比为3：7：1的比例合成制备镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料；
(2)配制镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液：将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料与水混合超声10～30min后，待镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料均匀分散后配制得到浓度范围为1-6mg/mL的镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液；
(3)电镀：将碳基电极放入镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液中，通过安培法将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料电镀至碳基电极表面，电镀过程中采用的电压值为电镀时长为50～250s。
优选地，所述的镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料中的镍氧化物包括氧化镍和/或氧化高镍。
优选地，所述的电镀时长为50～250s，例如可以是50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、210s、220s、230s、240s或250s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，电镀过程中采用的镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液浓度为1～6mg/mL，例如可以是1mg/mL、2mg/mL、3mg/mL、4mg/mL、5mg/mL或6mg/mL，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的工作电极为碳基电极。
优选地，所述的工作电极为玻碳电极。
优选地，所述的辅助电极为铂电极。
优选地，所述的参比电极为Ag/AgCl电极。
第二方面，本发明提供了一种谷氨酸浓度的检测方法，采用第一方面所述的非酶电化学传感器对谷氨酸进行痕量检测，所述的检测方法包括：
(Ⅰ)采用非酶电化学传感器分别对谷氨酸浓度已知的基底液进行循环伏安法检测，确定不同谷氨酸浓度的基底液的氧化峰峰值电流，并绘制拟合后的谷氨酸浓度-电流响应曲线，根据谷氨酸浓度-电流响应曲线确定谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式；
(Ⅱ)采用非酶电化学传感器对待测溶液进行循环伏安法检测，将待测溶液的氧化峰峰值电流值带入谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式中，反推得到待测溶液中的谷氨酸浓度。
需要说明的是，本发明所述的氧化峰是指，当从低电位往高电位扫描时，会使谷氨酸产生一氧化电流的氧化峰。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的循环伏安法的扫描速度为0.1V/s。
优选地，所述的循环伏安法的扫描电压范围为0～10V。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，采用非酶电化学传感器对至少5组谷氨酸浓度已知且各不相同的基底液进行循环伏安法检测。
优选地，采用非酶电化学传感器对7组谷氨酸浓度已知且各不相同的基底液进行循环伏安法检测。
优选地，7组谷氨酸浓度已知的基底液中谷氨酸的浓度分别为0.1nM、1nM、10nM、20nM、100nM、500nM和1μM。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述的基底液为碱性环境。
优选地，所述的基底液的pH为10～14，例如可以是10、11、12、13或14，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的基底液中包括碱性磷酸盐缓冲液。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述的谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式采用如下方法确定：
(1)取已知谷氨酸浓度的对数值为横坐标，不同谷氨酸浓度下测定的氧化峰峰值电流值为纵坐标，在平面直角坐标系中取点并绘制拟合后的谷氨酸浓度-电流响应曲线；
(2)根据谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距和斜率确定谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系公式。
所述的线性关系公式的模型为I＝a×lg(C)+b。
其中，I为谷氨酸浓度的氧化峰峰值电流值；a为谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率，C为谷氨酸浓度已知的基底液中的谷氨酸浓度；b为谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅱ)中，所述的待测溶液为碱性环境。
优选地，通过向待测溶液中加入碱性磷酸盐缓冲液将待测溶液调至碱性环境。
优选地，所述的待测溶液的pH为10～14，例如可以是10、11、12、13或14，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，在循环伏安法检测过程中，谷氨酸在非酶电化学传感器的工作电极表面发生催化氧化反应。
优选地，在循环伏安法检测后得到的循环伏安曲线中，谷氨酸的氧化峰出现在0.4～0.55V范围内，例如可以是0.4V、0.41V、0.42V、0.43V、0.44V、045V、0.46V、0.47V、0.48V、0.49V、0.50V、0.51V、0.52V、0.53V、0.54V或0.55V，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
示例性地，本发明提供了一种采用非酶电化学传感器对待测溶液中的谷氨酸进行痕量检测的方法，所述的方法具体包括如下步骤：
(1)采用非酶电化学传感器分别对7组谷氨酸浓度已知的基底液进行循环伏安法检测，在循环伏安法检测过程中，谷氨酸在非酶电化学传感器的工作电极表面发生催化氧化反应，从而在0.4～0.55V电压范围内出现谷氨酸的氧化峰，7组基底液中谷氨酸的浓度分别为0.1nM、1nM、10nM、20nM、100nM、500nM和1μM，各组基底液中均包括20μM尿酸、100μM抗坏血酸和2mM葡萄糖，对以上7组基底液分别进行循环伏安检测；
(2)取以上7种谷氨酸浓度的对数值为横坐标，不同谷氨酸浓度下经循环伏安法对应测定的氧化峰峰值电流值为纵坐标，在平面直角坐标系中取点并绘制拟合后的谷氨酸浓度-电流响应曲线；
(3)根据谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距和斜率确定谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系公式；线性关系公式的模型为I＝a×lg(C)+b；其中，I为谷氨酸浓度的氧化峰峰值电流值；a为谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率，C为谷氨酸浓度；b为谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距。通过测量谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率a和截距b；
(4)采用非酶电化学传感器对待测溶液进行循环伏安法检测，将测得的待测溶液的氧化峰峰值电流值带入步骤(3)得到的谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式中，反推得到待测溶液中的谷氨酸浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料修饰到碳基工作电极表面，基于此构建三电极体系形成用于对谷氨酸进行痕量检测的非酶电化学传感器。在碱性溶液条件下，谷氨酸可被镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料催化氧化，通过电化学循环伏安法可检测谷氨酸氧化信号。本发明以非酶电化学传感方式检测样品中低浓度的谷氨酸，对0.1nM-1μM范围内的谷氨酸浓度也可以实现较高的电流响应，从而实现了对谷氨酸进行痕量检测的目的，为生物与医学应用领域中谷氨酸的痕量检测提供了非常廉价、快捷的方法，值得推广。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的非酶电化学传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的循环伏安曲线图；
图3为本发明实施例2提供的谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系图；
图4为本发明实施例3提供的循环伏安曲线图；
图5为本发明实施例3提供的谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系图。
其中，1-工作电极；2-辅助电极；3-参比电极，4-反应池。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种用于检测谷氨酸的非酶电化学传感器，所述的电化学传感器如图1所示，包括反应池4，以及设置于反应池4内的工作电极1、辅助电极2和参比电极3；通过工作电极1、辅助电极2和参比电极3构建三电极体系，对反应池4内的待测溶液中的谷氨酸进行痕量检测。工作电极1为表面修饰有镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料的碳基电极，镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料中的镍氧化物包括氧化镍和氧化高镍。参比电极3为碳基电极，辅助电极2为Ag/AgCl电极。
采用电镀工艺将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料修饰至碳基电极表面得到本实施例提供的工作电极1，具体包括如下步骤：
(1)合成镍氧化物-还原氧化石墨烯：将硫酸镍、硫酸钠与还原氧化石墨烯按照质量比为3：7：1的比例合成制备镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料；
(2)配制镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液：将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料与水混合超声20min后，待镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料均匀分散后配制得到浓度范围为5mg/mL的镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液；
(3)电镀：将碳基电极放入镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液中，通过安培法将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料电镀至碳基电极表面，电镀过程中采用的电压值为电镀时长为100s。
实施例2
采用实施例1提供的非酶电化学传感器对待测溶液中的谷氨酸进行痕量检测的方法，所述的检测方法具体包括如下步骤：
(1)采用非酶电化学传感器分别对7组谷氨酸浓度已知的基底液进行循环伏安法检测，在循环伏安法检测过程中，谷氨酸在非酶电化学传感器的工作电极1表面发生催化氧化反应，从而在0.4～0.55V电压范围内出现谷氨酸的氧化峰，基底液为含谷氨酸的碱性磷酸盐缓冲液，基底液的pH为13，设定循环伏安法的扫描电压范围为0～1.0V，扫描速度为0.1V/s；
7组谷氨酸浓度已知的基底液中谷氨酸的浓度分别为0.1nM、1nM、10nM、20nM、100nM、500nM和1μM，对以上7组基底液分别进行循环伏安检测，测得的循环伏安曲线见图2；
(2)取以上7种谷氨酸浓度的对数值为横坐标，不同谷氨酸浓度下经循环伏安法对应测定的氧化峰峰值电流值为纵坐标，在平面直角坐标系中取点并绘制拟合后的谷氨酸浓度-电流响应曲线，绘制得到的谷氨酸浓度-电流响应曲线见图3，由图3可以看出，本发明提供的非酶电化学传感器的检测范围很低，检测极限小于0.1nM；
(3)根据谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距和斜率确定谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系公式；线性关系公式的模型为I＝a×lg(C)+b；其中，I为谷氨酸浓度的氧化峰峰值电流值；a为谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率，C为谷氨酸浓度；b为谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距。通过测量谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率a和截距b，确定本实施例的谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系公式为I＝2.4836e-7×lg(C)+2.8623e-6，拟合度R2为0.998，趋近于1，这表明，本发明提供的传感器对谷氨酸仍保持较高的敏感度和选择性；
(4)采用非酶电化学传感器对待测溶液进行循环伏安法检测，向待测溶液中加入碱性磷酸盐缓冲液将待测溶液的pH调至13，设定循环伏安法的扫描电压范围为0～1.0V，扫描速度为0.1V/s；
将待测溶液的氧化峰峰值电流值带入步骤(3)得到的谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式I＝2.4836e-7×lg(C)+2.8623e-6中，反推得到待测溶液中的谷氨酸浓度。
对本实施例提供的非酶电化学传感器的稳定性进行测试，在室温干燥条件下将非酶电化学传感器保存一周后再次进行以上测试，对待测溶液中的谷氨酸仍可保证98％的电流响应，表明本发明提供的非酶电化学传感器的稳定性较高。
实施例3
采用实施例1提供的非酶电化学传感器对含有干扰物的待测溶液中的谷氨酸进行痕量检测的方法，其中，待测溶液中的干扰物包括20μM尿酸、100μM抗坏血酸和2mM葡萄糖。所述的检测方法具体包括如下步骤：
(1)采用非酶电化学传感器分别对7组谷氨酸浓度已知的基底液进行循环伏安法检测，在循环伏安法检测过程中，谷氨酸在非酶电化学传感器的工作电极1表面发生催化氧化反应，从而在0.4～0.55V电压范围内出现谷氨酸的氧化峰，基底液为含谷氨酸的碱性磷酸盐缓冲液，基底液的pH为13，设定循环伏安法的扫描电压范围为0～1.0V，扫描速度为0.1V/s；
7组基底液中谷氨酸的浓度分别为0.1nM、1nM、10nM、20nM、100nM、500nM和1μM，各组基底液中均包括20μM尿酸、100μM抗坏血酸和2mM葡萄糖，对以上7组基底液分别进行循环伏安检测，测得的循环伏安曲线见图4；
(2)取以上7种谷氨酸浓度的对数值为横坐标，不同谷氨酸浓度下经循环伏安法对应测定的氧化峰峰值电流值为纵坐标，在平面直角坐标系中取点并绘制拟合后的谷氨酸浓度-电流响应曲线，绘制得到的谷氨酸浓度-电流响应曲线见图5；
(3)根据谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距和斜率确定谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系公式；线性关系公式的模型为I＝a×lg(C)+b；其中，I为谷氨酸浓度的氧化峰峰值电流值；a为谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率，C为谷氨酸浓度；b为谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距。通过测量谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率a和截距b，确定本实施例的谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系公式为I＝2.5087e-7×lg(C)+3.6191e-6，拟合度R2为0.996，趋近于1，这表明，本发明提供的传感器在干扰物环境下对谷氨酸仍保持较高的敏感度和选择性；
(4)采用非酶电化学传感器对待测溶液进行循环伏安法检测，向待测溶液中加入碱性磷酸盐缓冲液将待测溶液的pH调至13，设定循环伏安法的扫描电压范围为0～1.0V，扫描速度为0.1V/s；
将测得的待测溶液的氧化峰峰值电流值带入步骤(3)得到的谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式I＝2.5087e-7×lg(C)+3.6191e-6中，反推得到待测溶液中的谷氨酸浓度。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种用于检测谷氨酸的非酶电化学传感器，其特征在于，所述的电化学传感器包括反应池，以及设置于反应池内的工作电极、辅助电极和参比电极；通过工作电极、辅助电极和参比电极构建三电极体系，对反应池内的待测溶液中的谷氨酸进行痕量检测；
所述的工作电极为表面修饰有镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料的碳基电极。
2.根据权利要求1所述的非酶电化学传感器，其特征在于，采用电镀工艺将镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料修饰至碳基电极表面得到所述的工作电极；
优选地，所述的镍氧化物-还原氧化石墨烯纳米材料中的镍氧化物包括氧化镍和/或氧化高镍；
优选地，所述的电镀时长为50～250s；
优选地，电镀过程中采用的镍氧化物-还原氧化石墨烯溶液浓度为1～6mg/mL。
3.根据权利要求1或2所述的非酶电化学传感器，其特征在于，所述的工作电极为碳基电极；
优选地，所述的工作电极为玻碳电极；
优选地，所述的辅助电极为铂电极；
优选地，所述的参比电极为Ag/AgCl电极。
4.一种谷氨酸浓度的检测方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的非酶电化学传感器对谷氨酸进行痕量检测，所述的检测方法包括：
(Ⅰ)采用非酶电化学传感器分别对谷氨酸浓度已知的基底液进行循环伏安法检测，确定不同谷氨酸浓度的基底液的氧化峰峰值电流，并绘制拟合后的谷氨酸浓度-电流响应曲线，根据谷氨酸浓度-电流响应曲线确定谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式；
(Ⅱ)采用非酶电化学传感器对待测溶液进行循环伏安法检测，将待测溶液的氧化峰峰值电流值带入谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式中，反推得到待测溶液中的谷氨酸浓度。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述的循环伏安法的扫描速度为0.1V/s；
优选地，所述的循环伏安法的扫描电压范围为0～1.0V。
6.根据权利要求4或5所述的检测方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，采用非酶电化学传感器对至少5组谷氨酸浓度已知且各不相同的基底液进行循环伏安法检测；
优选地，采用非酶电化学传感器对7组谷氨酸浓度已知且各不相同的基底液进行循环伏安法检测；
优选地，7组谷氨酸浓度已知的基底液中谷氨酸的浓度分别为0.1nM、1nM、10nM、20nM、100nM、500nM和1μM。
7.根据权利要求4-6任一项所述的检测方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述的基底液为碱性环境；
优选地，所述的基底液的pH为10～14；
优选地，所述的基底液中包括碱性磷酸盐缓冲液。
8.根据权利要求4-7任一项所述的检测方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述的谷氨酸浓度与电流响应之间的线性关系公式采用如下方法确定：
(1)取已知谷氨酸浓度的对数值为横坐标，不同谷氨酸浓度下测定的氧化峰峰值电流值为纵坐标，在平面直角坐标系中取点并绘制拟合后的谷氨酸浓度-电流响应曲线；
(2)根据谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距和斜率确定谷氨酸浓度和电流响应之间的线性关系公式；
所述的线性关系公式的模型为I＝a×lg(C)+b；
其中，I为谷氨酸浓度的氧化峰峰值电流值；a为谷氨酸浓度-电流响应曲线的直线斜率，C为谷氨酸浓度已知的基底液中的谷氨酸浓度；b为谷氨酸浓度-电流响应曲线的截距。
9.根据权利要求4-8任一项所述的检测方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述的待测溶液为碱性环境；
优选地，通过向待测溶液中加入碱性磷酸盐缓冲液将待测溶液调至碱性环境；
优选地，所述的待测溶液的pH为10～14。
10.根据权利要求4-9任一项所述的检测方法，其特征在于，在循环伏安法检测过程中，谷氨酸在非酶电化学传感器的工作电极表面发生催化氧化反应；
优选地，在循环伏安法检测后得到的循环伏安曲线中，谷氨酸的氧化峰出现在0.4～0.55V范围内。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106848338A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 济南大学 一种石墨烯负载Ni基氧化物的催化剂的制备方法
CN107449820A (zh) * 2017-07-12 2017-12-08 惠州学院 一种用于同时检测水样中对苯二酚和邻苯二酚的修饰电极
CN108172407A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 安徽大学 一种复合电极、其制备方法及应用
CN109142475A (zh) * 2018-07-27 2019-01-04 哈尔滨理工大学 无酶氧化镍还原氧化石墨烯复合材料电极的制备及应用
CN110474023A (zh) * 2019-07-23 2019-11-19 复旦大学 一种纤维状镍铋电池及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106848338A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 济南大学 一种石墨烯负载Ni基氧化物的催化剂的制备方法
CN107449820A (zh) * 2017-07-12 2017-12-08 惠州学院 一种用于同时检测水样中对苯二酚和邻苯二酚的修饰电极
CN108172407A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 安徽大学 一种复合电极、其制备方法及应用
CN109142475A (zh) * 2018-07-27 2019-01-04 哈尔滨理工大学 无酶氧化镍还原氧化石墨烯复合材料电极的制备及应用
CN110474023A (zh) * 2019-07-23 2019-11-19 复旦大学 一种纤维状镍铋电池及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. VENKATA RATNAM等: "Nonenzymatic electrochemical sensor based on metal oxide, MO (M¼ Cu,Ni, Zn, and Fe) nanomaterials for neurotransmitters: An abridged review", 《SENSORS INTERNATIONAL》 *
MAMUN JAMAL等: "A non enzymatic glutamate sensor based on nickel oxide nanoparticle", 《MICROSYSTEM TECHNOLOGIES》 *
刘素芹等: "纳米NiO-还原石墨烯复合修饰玻碳电极的制备及电催化检测多巴胺", 《分析科学学报》 *

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