CN112240899B - 一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，先用钼酸钠、硒粉在硼氢化钠的作用下水热反应得到二维层状材料硒化钼，之后其通过还原Fe3+为Fe2+来促进普鲁士蓝的生成，从而得到普鲁士蓝/硒化钼复合材料，然后将复合材料分散到活化的石墨毡上；还提供了依该方法得到的产品及用途。该方法制备的PB/MoSe2/GF电化学传感器对目标分子多巴胺具有快速、灵敏和高选择性的电化学响应；可用于人体尿液和胎牛血清的测定，使用标准加入法回收率范围为97.6‑99.2％。

Description

一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于纳米技术和电化学传感器技术领域，具体涉及一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料及其制备方法。
背景技术
多巴胺是中枢神经系统的关键性神经递质之一，多巴胺的系统调节障碍涉及帕金森病，精神分裂症，注意力缺陷多动综合征和垂体肿瘤的发生等，因此多巴胺的准确检测十分重要。
多巴胺常用的检测方法如荧光法、色谱法、比色法等，它们普遍具有前处理复杂、步骤繁琐、携带不便等缺陷。为避免上述劣势，多巴胺的电化学传感器应运而生，它具有操作简便、成本低、响应快、灵敏度高、选择性高和小型化等优点。传感器中复合电极的组成和结构对于电极的性能影响较大，因此人们致力于研究电极材料的设计与优化。
发明内容
本发明的第一个目的是为了解决上述问题，提供一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，所得传感器材料对多巴胺有快速灵敏的响应性，在实际的人血清和尿液中有良好的实用性。
本发明的第二个目的是提供依上述方法得到的传感器材料。
本发明的第三个目的是提供上述传感器材料的用途。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)GF的活化处理，石墨毡GF裁剪后用甲醇和超纯水交替洗涤，去除表面残渣，真空干燥；然后用浓硝酸回流活化，超纯水洗涤，真空干燥；
(2)MoSe2的制备，将钼酸钠、硒粉和硼氢化钠分散到超纯水中，超声溶解，于180℃下保温反应，离心，用水和乙醇交替洗涤，真空干燥得黑色MoSe2粉末；
(3)PB反应液的配制，包括A液和B液，所述A液含K3[Fe(CN)6]，所述B液含FeCl3、KCl和HCl；
(4)PB/MoSe2的制备，将步骤(2)得到的MoSe2加入到步骤(3)配制的B液中，然后滴加A液，25℃反应1-5h，离心，用超纯水和乙醇交替洗涤，真空干燥得藏蓝色PB/MoSe2粉末；
(5)PB/MoSe2/GF的制备，将步骤(4)得到的PB/MoSe2粉末分散到超纯水和乙醇的混合溶液中，将步骤(1)活化处理后的石墨毡浸入混合溶液，通过超声法将PB/MoSe2分散到石墨毡上，然后用超纯水洗涤，真空干燥，制得PB/MoSe2/GF复合电极。
作为优选的，步骤(1)、(2)、(4)、(5)中的真空干燥温度为50℃，干燥时间为12h。
作为优选的，步骤(1)中，所述石墨毡为聚丙烯腈基石墨纤维，裁剪后的尺寸为2cm×1cm×1mm，活化方法为：按照1片石墨毡对应8mL浓硝酸的比例，在95℃-100℃下加热回流3h。
作为优选的，步骤(2)中，钼酸钠、硒粉和硼氢化钠的物质的量比为1∶2∶4，180℃下保温反应12h。
作为优选的，步骤(3)中，所述A液含2.0mmol/L K3[Fe(CN)6]，所述B液含2.0mmol/LFeCl3、0.2mmol/L KCl、0.05mmol/L HCl，A液和B液的体积比为1∶1。
作为优选的，步骤(4)中，MoSe2的加入量为1.0-7.0mg，25℃下反应时间为3h。
作为优选的，步骤(5)中，水和乙醇的体积比为4.33∶1，超声分散PB/MoSe2的时间为40-60min，超声功率为40-60W。
依上述方法得到的电化学传感器材料。
上述电化学传感器材料在多巴胺检测中的应用。
本发明还包括一种优化PB基电极材料的方法，利用循环伏安法对复合电极进行考察，电流的大小反映材料的电荷转移速率；电流变化率反映了电极材料的稳定性。在电解质为0.5mol/L的KCl溶液中对材料进行检测，采用三电极体系；循环伏安法的电位区间为-0.2-0.5V，扫描速率为50-100mV/s；循环伏安扫描50圈-100圈。
本发明制备用于检测多巴胺的电化学传感器的方法，先用钼酸钠、硒粉在硼氢化钠的作用下水热反应得到二维层状材料硒化钼，之后其通过还原Fe3+为Fe2+来促进普鲁士蓝的生成，从而得到普鲁士蓝/硒化钼复合材料。
普鲁士蓝(PB)具有制备简单、生物相容性好、电催化活性高等优点；由于其具有Fe2+/Fe3+电对，常常被作为电极活性物质来构造生物电化学传感器。但是PB基传感器却有着稳定性差、灵敏度低等固有劣势，因此本发明引入MoSe2这种稳定的活性载体。
MoSe2是一种二维过渡金属硫属化物(TMDs)，具有比表面积大、带隙可调、易于功能化、成本低、化学稳定性和热稳定性等优点。结合MoSe2丰富的缺陷和活性中心以及其优良的稳定性，本发明选择MoSe2促进PB的形成并充当优异的载体负载PB，获得了电子传输速度更快、反应位点更多、稳定性更强的PB/MoSe2的复合材料。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，制备的PB/MoSe2/GF电化学传感器对目标分子多巴胺具有快速、灵敏和高选择性的电化学响应；可用于人体尿液和胎牛血清的测定，使用标准加入法回收率范围为97.6-99.2％。
附图说明
图1为实施例1制备的PB/MoSe2/GF的SEM图(A)和PB/MoSe2的放大SEM图(B)。
图2为实施例1制备的MoSe2(左)和PB/MoSe2(右)的TEM图。
图3为实施例制备的电极材料在0.5mol/L的KCl溶液中的CV曲线：(A)为实施例1制备的GF、PB/MoSe2/GF，实施例2制备的MoSe2/GF，实施例3制备的PB/GF不同修饰电极的CV曲线，a-GF、b-MoSe2/GF、c-PB/GF、d-PB/MoSe2/GF；(B)为实施例1制备的PB/MoSe2/GF电极在前50个循环中的CV曲线；(C)为实施例1、6、7不同反应时间合成PB的CVs；(D)为实施例1、4、5不同MoSe2用量合成PB的CV曲线。
图4为实施例1制备的PB/MoSe2/GF电化学检测多巴胺的曲线，(A)为不含或含多巴胺的CV对比图；(B)为优化电位I-t图；(C)为连续滴加不同浓度DA的i-t曲线，插图为低浓度DA电流响应的放大图；(D)为电流I与DA浓度的线性方程(n＝3)。
图5为实施例1制备的PB/MoSe2/GF复合电极(A)为长期稳定性测试；(B)为选择性实验。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中的原料均为市场可得产品。
实施例1
一种PB/MoSe2/GF复合电极材料的制备方法，步骤如下：
(1)活化GF
将聚丙烯腈基石墨纤维GF裁剪成2cm×1cm×1mm的薄片，将裁剪后的GF先用甲醇溶解其表面的粘胶，除掉上面的油脂；再用超纯水洗涤，交替洗涤至无浮渣为止，50℃真空干燥。选取10片干燥后的GF放入80mL浓硝酸中95-100℃回流3h以增强表面粗糙度和加强材料的亲水性，然后用超纯水洗至中性，50℃真空干燥12h。
(2)制备MoSe2纳米片
将0.24g Na2MoO4·2H2O(1mmol)、0.16g Se粉(2mmol)和0.15g NaBH4(4mmol)溶解于30mL超纯水中。悬浮液超声分散10min并且强力磁搅拌50min，得到均匀的黑色溶液。随后，将此混合溶液转移至50mL高压反应釜中，在180℃下反应12h。最后，通过离心，水和乙醇交替洗涤，50℃真空干燥12h，得到MoSe2纳米片。
(3)PB反应液的配制
A液为含有2mmol/L K3[Fe(CN)6]的水溶液，B液为含2.0mmol/L FeCl3、0.2mmol/LKCl和0.05mmol/L HCl的水溶液，A液、B液在催化剂MoSe2的存在下等体积反应即可得到PB基复合材料。
(4)制备PB/MoSe2纳米复合材料
将4.0mgMoSe2分散于15mL新鲜B液中超声处理10min，然后向其中逐滴滴加15mL新鲜A液。在25℃下反应搅拌3h，离心，用超纯水和乙醇交替洗涤、50℃真空干燥12h，得到PB/MoSe2系列材料。
(5)制备PB/MoSe2/GF复合电极
将1.0mg PB/MoSe2分散在1.6mL由1.3mL超纯水和0.3mL乙醇制成的混合溶液中，随后将活化后的GF浸入该溶液中，通过超声法以40W的功率将PB/MoSe2负载到GF上，1h后取出PB/MoSe2/GF，用超纯水洗涤，并在50℃下真空干燥12h，即得。
实施例2
一种MoSe2/GF复合电极的制备方法，与实施例1的不同之处为：省略步骤(3)、(4)；将步骤(5)中的PB/MoSe2替换成MoSe2，用量为1.0mg；其余步骤与实施例1相同。
实施例3
一种PB/GF复合电极的制备方法，与实施例1的不同之处为：省略步骤(2)、(4)；步骤(3)中将等体积的A液与含有2.0mmol/L FeCl2、0.2mmol/L KCl和0.05mmol/L HCl的水溶液混合反应12h，离心，用超纯水和乙醇交替洗涤、50℃真空干燥12h，得到PB材料；将(5)中的PB/MoSe2替换成PB粉末，用量为1.0mg；步骤其余步骤与实施例1相同。
实施例4
一种PB/MoSe2/GF复合电极的制备方法，取步骤(4)中MoSe2用量为1mg，其余步骤与实施例1相同。
实施例5
一种PB/MoSe2/GF复合电极的制备方法，取步骤(4)中MoSe2用量为7mg，其余步骤与实施例1相同。
实施例6
一种PB/MoSe2/GF复合电极材料的制备方法，取步骤(4)中反应时间为1h，其余步骤与实施例1相同。
实施例7
一种PB/MoSe2/GF复合电极材料的制备方法，取步骤(4)中反应时间为5h，其余步骤与实施例1相同。
上述实施例制备的复合电极材料的效果测试，结果如下：
利用循环伏安法(CV)对实施例1制备的GF、PB/MoSe2/GF，实施例2制备的MoSe2/GF，实施例3制备的PB/GF各电极进行电化学性能测试，结果如图3(A)。其中GF和MoSe2/GF在0.1-0.2V期间无明显的氧化还原峰；相比于PB/GF，PB/MoSe2/GF电极具有更强的电流响应信号、更好的电化学可逆性及循环稳定性。
为获得更优的修饰材料，将PB/MoSe2/GF置于0.5mol/L的KCl溶液中循环测试50圈后，实施例1制备的PB/MoSe2/GF结果如图3(B)，以较小的电流衰减量、较高的峰电流值以及更好的电化学可逆性来筛选出最优的电极材料。
为获得PB/MoSe2/GF复合电极制备的最优条件，选用CV法对其进行电化学性能测试，结果见图3(C)和(D)。结果表明当MoSe2的加入量为4mg，反应时间为3h，制备得到的PB/MoSe2/GF具有更好的电化学性能。
采用CV法来验证PB/MoSe2/GF复合电极对DA的特异性检测，结果如图4(A)所示，有DA的一组比空白组有着更为明显的电流响应。
采用计时电流法(i-t)优化PB/MoSe2/GF对DA的检测电位，结果如图4(B)所示，结果表明在0.31V电位下电流响应较大且平台平稳。
为获得DA检测的线性范围、灵敏度和最低检出限，采用计时电流法和标准加入法对PB/MoSe2/GF复合电极进行研究。结果如图4(C)和(D)所示，表明该电化学传感器的线性范围为2.50×10-3μmol/L-2.81×102μmol/L和2.89×102μmol/L-9.08×103μmol/L，灵敏度分别为6.4A/M和1.8A/M；最低检出限为1.5nmol/L。
为评估传感器的稳定性以及抗干扰能力，图5(A)的稳定性测试中经过20天循环利用后，电流保持率在90％以上。图5(B)的抗干扰实验中，即使加入10倍浓度的结构与DA类似的抗坏血酸以及尿酸等干扰物，响应电流仍明显低于DA的电流，说明PB/MoSe2/GF复合电极具有良好的稳定性以及对DA的检测具有优异的选择性。
综上所述，利用本发明的方法得到的用于多巴胺检测的电化学传感器材料，对DA的线性响应范围为2.5×10-3μmol/L-2.81×102μmol/L和2.89×102μmol/L-9.08×103μmol/L，灵敏度分别为6.4A/M和1.8A/M、最低检测限为1.5nmol/L。
本发明制备的电化学传感器材料实现了对DA的高效检测，为DA的检测提供了一种可行性的思路。
实样检测
利用本发明实施例1的PB/MoSe2/GF电化学传感器对血清(胎牛血清，浙江天杭生物科技股份有限公司)和尿液(人工尿液，青岛捷世康生物科技有限公司)中的DA进行检测，使用方法为标准加入法，具体操作为：①血清稀释、配制DA的血清溶液、电极PB/MoSe2/GF检测DA血清溶液中DA的含量；②尿液稀释、配制DA的尿液溶液、电极PB/MoSe2/GF检测DA尿液溶液中DA的含量，对比测定含量与加入含量计算回收率及相对标准偏差(n＝3)。结果见下表：
Figure BDA0002649608830000101
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)GF的活化处理，石墨毡裁剪后用甲醇和超纯水交替洗涤，去除表面残渣，真空干燥；然后用浓硝酸回流活化，超纯水洗涤，真空干燥；
(2)MoSe2的制备，将钼酸钠、硒粉和硼氢化钠分散到超纯水中，超声溶解，于180℃下保温反应，离心，用水和乙醇交替洗涤，真空干燥得黑色MoSe2粉末；
(3)PB反应液的配制，包括A液和B液，所述A液含K3[Fe(CN)6]，所述B液含FeCl3、KCl和HCl；
(4)PB/MoSe2的制备，将步骤(2)得到的MoSe2加入到步骤(3)配制的B液中，然后滴加A液，25℃反应1-5h，离心，用超纯水和乙醇交替洗涤，真空干燥得藏蓝色PB/MoSe2粉末，其中MoSe2的加入量为1.0–7.0mg，25℃下反应时间为3h；
(5)PB/MoSe2/GF的制备，将步骤(4)得到的PB/MoSe2粉末分散到超纯水和乙醇的混合溶液中，将步骤(1)活化处理后的石墨毡浸入混合溶液，通过超声法将PB/MoSe2分散到石墨毡上，然后用超纯水洗涤，真空干燥，制得PB/MoSe2/GF复合电极，其中水和乙醇的体积比为4.33:1，超声分散PB/MoSe2的时间为40-60min，超声功率为40-60W；
其中，所述步骤(1)、(2)、(4)、(5)中的真空干燥温度为50℃，干燥时间为12h。
2.根据权利要求1所述的基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述石墨毡为聚丙烯腈基石墨纤维，裁剪后的尺寸为2cm×1cm×1mm，活化方法为：按照1片石墨毡对应8mL浓硝酸的比例，在95℃-100℃下加热回流3h。
3.根据权利要求1所述的基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，钼酸钠、硒粉和硼氢化钠的物质的量比为1:2:4，180℃下保温反应12h。
4.根据权利要求1所述的基于普鲁士蓝/硒化钼的多巴胺传感器材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述A液含2.0mmol/L K3[Fe(CN)6]，所述B液含2.0mmol/L FeCl3、0.2mmol/L KCl、0.05mmol/L HCl，A液和B液的体积比为1:1。
5.根据 权利要求1-4任一所述的 方法得到的电化学传感器材料。
6.根据 权利要求5所述的电化学传感器材料在多巴胺检测中的应用。
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