CN113406169B - 一种检测多巴胺的针灸针印迹电化学传感器及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种检测多巴胺的针灸针印迹电化学传感器及其制备工艺。所述基于分子印迹的电化学传感器包含工作电极、参比电极和对电极，其中，所述工作电极的基底电极为不锈钢针灸针电极，其表面修饰了一层金纳米材料，通过Au‑S键的高亲和力将4‑巯基苯硼酸修饰在电极表面，然后在含有酸性铬蓝K和多巴胺的缓冲溶液中采用循环伏安法电聚合得到聚合物膜修饰电极，最后在硫酸介质中洗脱多巴胺得到了具有双重分子识别性能的针灸针印迹电化学传感器。本发明所制备的传感器能够实现对多巴胺的快速响应，具备抗干扰能力强，灵敏度高且工艺简单、成本低、稳定性好等一系列优点。
Description
技术领域
本发明属于电化学传感器领域，具体的说是一种检测多巴胺的针灸针印迹电化学传感器及其制备工艺。
背景技术
多巴胺是广泛分布在哺乳动物神经中枢系统中重要的儿茶酚胺神经递质分子之一，参与人体脑部工作和体液循环，在调节中枢神经，激素和心血管系统中起着至关重要的作用。多巴胺含量过高和过低都会影响人类的身体健康，体内多巴胺含量过低可能会引起神经衰退性疾病，如阿尔茨海默症、精神分裂症、癫痫、帕金森综合症等，而多巴胺浓度过高则会导致大脑长时间处于兴奋或焦虑状态，机体受到损害。因此多巴胺含量的检测对人类的健康以及疾病的诊断、治疗有着重要意义。
目前检测多巴胺的方法较多，主要有气相色谱法、荧光法、液相色谱法以及毛细管电泳法等。虽然这些方法具有检测限低等优点，但普遍存在仪器价格昂贵、运行费用昂贵、不易携带以及不能实行在线检测等缺点，使它们在实际应用中收到限制。相比较而言，电化学方法因仪器设备简单、检测速度快、价格廉价、易于携带以及可进行实行在线监测等优点，受到越来越多的关注。
多巴胺的电化学检测非常容易受到其他电活性分子的干扰，例如尿酸和抗坏血酸。为了消除共存物的干扰，分子印迹技术已被用于设计和构建能够特异性识别目标分子的传感器。分子印迹技术是以目标分子为模板，以合适的物质作为功能单体，模板和功能单体通过共价键或非共价键形成聚合物，将模板分子从聚合物中洗脱后聚合物中留下与模板分子空间结构相匹配的空腔。因此分子印迹技术可以提高对多巴胺检测的选择性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种检测多巴胺的针灸针印迹电化学传感器的制备工艺，所述传感器的工作电极基底为不锈钢针灸针电极，其具有价格低廉、操作简便在医学领域具有广泛应用。该电化学传感器对DA具有较高的特异性识别能力和优异的抗干扰能力，同时该制备方法简单。
为了为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
步骤(1)、针灸针电极的预处理：
将不锈钢针灸针电极的针尖依次用乙醇、超纯水超声清洗，氮气吹干后备用；
步骤(2)、金纳米的修饰：
以处理后的针灸针电极浸入带有搅拌子的HAuCl4水溶液中，采用循环伏安法，在针灸针的针尖表面电沉积金纳米颗粒修饰层，得到表面覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极；
步骤(3)、硼酸的修饰：
将表面覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极浸入含有巯基的硼酸基团溶液中，取出后晾干，得到了硼酸修饰的针灸针电极；
步骤(4)、聚合物膜的修饰：
在缓冲液的存在下，把多巴胺溶液和酸性铬蓝K溶液混合后得到聚合液；然后将硼酸修饰的针灸针电极浸入聚合液中，利用电聚合的方法在针灸针电极表面上合成分子印迹聚合物膜；
步骤(5)、洗脱模板：将分子印迹膜修饰的针灸针电极浸入硫酸溶液中洗脱多巴胺；
所述制备步骤(2)的HAuCl4水溶液的浓度为1～10mmol/L；
所述制备步骤(2)循环伏安法的沉积电压为-1.5V～0.5V；沉积圈数为3～7圈；沉积速率为10mV/s～50mV/s。
所述制备步骤(3)的带有巯基的硼酸基团溶液为4-巯基苯硼酸溶液，浓度为2.5mg/mL-10mg/mL，浸泡时间为1h-12h。
所述制备步骤(4)的聚合液中，多巴胺和酸性铬蓝K的摩尔比为1：1～1：5。
所述制备步骤(4)的聚合液中，聚合液的pH范围为4.5-6.0。
所述制备步骤(4)采用循环伏安法电聚合分子印迹聚合物膜，电压范围为-0.4V-1.0V，聚合圈数为15-25圈，聚合速率为25mV/s-75mV/s。
本发明的另一个目的是提供一种检测多巴胺的针灸针印迹电化学传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，其中所述工作电极的基底电极为不锈钢针灸针电极，其表面修饰有一层金纳米材料，通过Au-S键的高亲和力将带有巯基的硼酸基团修饰在电极表面，然后在含有酸性铬蓝K和多巴胺的缓冲溶液中采用循环伏安法电聚合得到聚合物膜修饰电极，最后在硫酸介质中洗脱多巴胺得到了具有双重分子识别性能的针灸针印迹电化学传感器。
本发明的有益效果如下：
本发明采用不锈钢针灸针为基体，制作简单、成本低廉、体积小、灵敏度高。
本发明利用Au-S键的高亲和力，将表面覆盖了金纳米的针灸针浸泡在4-巯基苯硼酸溶液里，提供了一种操作简便的方法在金纳米表面修饰了硼酸基团。硼酸基团可以与多巴胺共价结合，可以快速识别多巴胺。
本发明以酸性铬蓝K为模板分子，利用酸性铬蓝K对多巴胺良好的吸附作用，可以形成精准的印迹位点。此外，酸性铬蓝K对多巴胺具有氧化的电催化作用，可以将多巴胺及干扰物(如抗坏血酸)氧化峰电进行分离，具有很好的抗干扰能力，实现了在干扰物的存在下对多巴胺的检测。
本发明提供了一种对于多巴胺分子具有快速响应、灵敏度高及具有很好的分子识别能力的传感器的制备方法。
附图说明
图1为实施例1中制备的不同材料的电化学性能曲线。其中a为裸针灸针电极，b为金纳米修饰的针灸针电极，c为金纳米和硼酸修饰的针灸针电极，d为电聚合后修饰的针灸针电极，e为洗脱后的针灸针电极。
图2为实施例1和对比例1中制备的电极的循环伏安曲线。其中A为印迹电极洗脱前，B为印迹电极洗脱后，C为非印迹电极洗脱前，D为非印迹电极洗脱后。
图3为实施例1中针灸针印迹电化学传感器在pH＝7.4磷酸缓冲液中对不同浓度的多巴胺的差分脉冲响应。曲线a～r对应多巴胺的浓度依次为：5×10-7，1×10-6，2.5×10-6，5×10-6，1×10-5，2×10-5，4×10-5，6×10-5，8×10-5，1×10-4，2×10-4，4×10-4，6×10-4，8×10-4，1×10-3mol/L。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
(1)针灸针电极的预处理：将针灸针电极的针尖依次用乙醇、超纯水超声清洗300s，氮气吹干后备用。
(2)金纳米颗粒的修饰：以处理后的针灸针电极作为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，8mmol/L HAuCl4水溶液为电解液中，采用循环伏安法，电沉积范围-1.5～0.5V；电沉积速率为25mv/s；电沉积圈数为5圈，得到针尖覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极。
(3)硼酸基团的修饰：将表面覆盖了金纳米颗粒的针灸针电极的针尖浸入5mg/mL4-巯基苯硼酸溶液中6h，取出后晾干，得到了金纳米颗粒和硼酸基团膜修饰的针灸针电极。
(4)聚合物膜的修饰：以含有3mmol/L酸性铬蓝K和1mmol/L多巴胺的10mL醋酸-醋酸钠(pH＝5.2)为聚合底液，将上述修饰了金纳米和硼酸基团的针灸针浸入聚合液中，采用循环伏安法电聚合，在-0.4～1.0V电位范围内，循环扫描为20圈，扫速为50mv/s，得到聚合物膜修饰电极。
(5)模板洗脱：将聚合物膜修饰电极浸在0.5mol/L硫酸溶液中5h，洗脱模板分子多巴胺，即可以得到基于分子印迹的电化学传感器的工作电极。
实施例2
(1)针灸针电极的预处理：将针灸针电极的针尖依次用乙醇、超纯水超声清洗300s，氮气吹干后备用。
(2)金纳米颗粒的修饰：以处理后的针灸针电极作为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，1mmol/L HAuCl4水溶液为电解液中，采用循环伏安法，电沉积范围-1.5～0.5V；电沉积速率为10mv/s；电沉积圈数为3圈，得到针尖覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极。
(3)硼酸基团的修饰：将表面覆盖了金纳米颗粒的针灸针电极的针尖浸入2.5mg/mL4-巯基苯硼酸溶液中12h，取出后晾干，得到了金纳米颗粒和硼酸基团膜修饰的针灸针电极。
(4)聚合物膜的修饰：以含有1mmol/L酸性铬蓝K和1mmol/L多巴胺的10mL醋酸-醋酸钠(pH＝4.5)为聚合底液，将上述修饰了金纳米和硼酸基团的针灸针浸入聚合液中，采用循环伏安法电聚合，在-0.4～1.0V电位范围内，循环扫描为15圈，扫速为25mv/s，得到聚合物膜修饰电极。
(5)模板洗脱：将聚合物膜修饰电极浸在0.5mol/L硫酸溶液中5h，洗脱模板分子多巴胺，即可以得到基于分子印迹的电化学传感器的工作电极。
实施例3
(1)针灸针电极的预处理：将针灸针电极的针尖依次用乙醇、超纯水超声清洗300s，氮气吹干后备用。
(2)金纳米颗粒的修饰：以处理后的针灸针电极作为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，4mmol/L HAuCl4水溶液为电解液中，采用循环伏安法，电沉积范围-1.5～0.5V；电沉积速率为50mv/s；电沉积圈数为7圈，得到针尖覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极。
(3)硼酸基团的修饰：将表面覆盖了金纳米颗粒的针灸针电极的针尖浸入10mg/mL4-巯基苯硼酸溶液中1h，取出后晾干，得到了金纳米颗粒和硼酸基团膜修饰的针灸针电极。
(4)聚合物膜的修饰：以含有5mmol/L酸性铬蓝K和1mmol/L多巴胺的10mL醋酸-醋酸钠(pH＝6.0)为聚合底液，将上述修饰了金纳米和硼酸基团的针灸针浸入聚合液中，采用循环伏安法电聚合，在-0.4～1.0V电位范围内，循环扫描为25圈，扫速为75mv/s，得到聚合物膜修饰电极。
(5)模板洗脱：将聚合物膜修饰电极浸在0.5mol/L硫酸溶液中5h，洗脱模板分子多巴胺，即可以得到基于分子印迹的电化学传感器的工作电极。
对比例1
(1)针灸针电极的预处理：将针灸针电极的针尖依次用乙醇、超纯水超声清洗300s，氮气吹干后备用。
(2)金纳米颗粒的修饰：以处理后的针灸针电极作为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，8mmol/L HAuCl4水溶液为电解液中，采用循环伏安法，电沉积范围-1.5～0.5V；电沉积速率为25mv/s；电沉积圈数为5圈，得到针尖覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极。
(3)硼酸基团的修饰：将表面覆盖了金纳米颗粒的针灸针电极的针尖浸入5mg/mL4-巯基苯硼酸溶液中6h，取出后晾干，得到了金纳米颗粒和硼酸基团膜修饰的针灸针电极。
(4)聚合物膜的修饰：以含有3mmol/L酸性铬蓝K的10mL醋酸-醋酸钠(pH＝5.2)为聚合底液，将上述修饰了金纳米和硼酸基团的针灸针浸入聚合液中，采用循环伏安法电聚合，在-0.4～1.0V电位范围内，循环扫描为20圈，扫速为50mv/s，得到聚合物膜修饰电极。
(5)模板洗脱：将聚合物膜修饰电极浸在0.5mol/L硫酸溶液中5h，洗脱模板分子多巴胺，即可以得到基于分子印迹的电化学传感器的工作电极。
测试例1
在含有1mmol/L K3[Fe(CN)6]3-/4-的0.1mol/L KCl溶液中，分别以裸针灸针电极(a)、金纳米修饰的针灸针电极(b)(实施例1步骤(2)中制备的修饰电极)、金纳米和硼酸修饰后的针灸针电极(c)(实施例1步骤(3)中制备的修饰电极)、电聚合后修饰电极(d)(实施例1实施例1步骤(4)中制备的修饰电极)、洗脱后修饰电极(e)(实施例1步骤(5)中制备的修饰电极)作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，用循环伏安法来检测制备的电极的电化学性能。如图1所示修饰了金纳米和硼酸的针灸针电极(c)的电流值比较大，并且大于修饰了金纳米的针灸针电极(b)的电流值，说明硼酸基团已经被修饰上去了。而在之后电聚合过程中，电聚合后修饰电极(d)的电流值较小，说明分子印迹膜已完全电聚合在金纳米和硼酸修饰的针灸针电极(c)表面上了。在洗脱过程中，由于模板分子多巴胺被洗脱下来，分子印迹膜出现孔穴，并且检测到电流值，说明此时已得到分子印迹电化学传感器(e)。
测试例2
在pH＝7.4的0.05mol/L的磷酸盐(PBS)溶液中，分别以印迹电极洗脱前(A)(实施例1实施例1步骤(4)中制备的修饰电极)、印迹电极洗脱后(B)(实施例1步骤(5)中制备的修饰电极)、非印迹电极洗脱前(C)(对比例1步骤(4)中制备的修饰电极)、非印迹电极洗脱后(D)(对比例1步骤(5)中制备的修饰电极)为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，通过循环法检测1×10-4mol/L多巴胺的电流信号，扫描电位为-0.2～0.8V。如图2所示，印迹电极洗脱前无明显的氧化还原峰，这是由于电极表面被印迹聚合物膜覆盖，阻碍了电子传递到电极表面。而洗脱后则出现了明显的氧化还原峰，这由于多巴胺被洗脱后，提供了众多电活性表面位点并有效促进了电极和多巴胺之间的电子转移，使其在电极表面发生氧化还原，产生明显的电信号；而非印迹电极洗脱前后变化不明显，这是由于非印迹电极在聚合过程中没有添加多巴胺，从而洗脱后，没有产生电活性位点。
测试例3
以实施例1中制备的分子印迹电化学传感器为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，采用差分脉冲伏安法在pH＝7.4的0.05mol/L的PBS溶液中对5×10-7～1.0×10-3mol/L范围内的多巴胺进行电化学信号检测。结果如图3所示，随着多巴胺浓度的不断增大，其氧化峰电流明显增强。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种检测多巴胺的针灸针印迹电化学传感器的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)、针灸针电极的预处理：
将不锈钢针灸针电极的针尖依次用乙醇、超纯水超声清洗，氮气吹干后备用；
步骤(2)、金纳米的修饰：
以处理后的针灸针电极浸入带有搅拌子的HAuCl4水溶液中，采用循环伏安法，在针灸针的针尖表面电沉积金纳米颗粒修饰层，得到表面覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极；
步骤(3) 、硼酸的修饰：
将表面覆盖有金纳米颗粒的针灸针电极浸入带有巯基的硼酸基团溶液中，取出后晾干，得到了硼酸修饰的针灸针电极；
步骤(4) 、聚合物膜的修饰：
在缓冲液的存在下，把多巴胺溶液和酸性铬蓝K溶液混合后得到聚合液；然后将硼酸修饰的针灸针电极浸入聚合液中，利用电聚合的方法在针灸针电极表面上合成分子印迹聚合物膜；
步骤(5) 、洗脱模板：将分子印迹膜修饰的针灸针电极浸入硫酸溶液中洗脱多巴胺。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于步骤 (2) 中所述的HAuCl4水溶液的浓度为1~10mmol/L。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于步骤 (2)中所述的循环伏安法的沉积电压为-1.5V~0.5V；沉积圈数为3~7圈；沉积速率为10mV/s~50 mV/s。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于步骤(3)中所述的带有巯基的硼酸基团溶液为4-巯基苯硼酸溶液，浓度为2.5mg/mL-10mg/mL，浸泡时间为1-12h。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于步骤(4)中所述的聚合液中多巴胺和酸性铬蓝K的摩尔比为1：1~1：5。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于步骤(4)中所述的聚合液pH范围为4.5-6.0。
7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于步骤(4)采用循环伏安法电聚合分子印迹聚合物膜，电压范围为-0.4V-1.0V ，聚合圈数为15-25圈，聚合速率为25mV/s-75mV/s。
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