一种用于同时检测抗坏血酸、肾上腺素和尿酸的电化学传感器制备方法

摘要

本发明涉及一种新型电化学传感器的制备方法，尤其涉及一种基于含有碳纳米管-聚孔雀绿层层沉积膜的新型电极的制备。本发明提供了一种简单、应用性强的可用于检测抗坏血酸、肾上腺素和尿酸的电化学传感器的制备方法。本发明所制备的传感器中，孔雀绿/多碳纳米管修饰玻璃碳电极能够有效催化抗坏血酸、肾上腺素和尿酸的电氧化，因为它在增强氧化峰电流的同时降低氧化过电势。另外，在对实际药学和生物样品的检测中，本发明的传感器表现出了快速、准确、灵敏度高的特点。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型电化学传感器的制备，尤其涉及一种基于含有碳纳米 管-聚孔雀绿层层沉积膜的新型电极的制备。

背景技术：

纳米尺度材料的优异的性能使得纳米技术成为一种迅速发展的研究领域。 近年来，纳米材料在很多领域都显示出了潜在的应用性能，如药物传输、基因 治疗、生物传感器、生物成像和临床诊断和治疗。纳米材料在生物医药领域也 有一些成功地领域，如细菌检测、早期癌检测、阿兹海默氏症检测、蛋白质肌 纤维震颤和双分子膜重建。

近二十年来，碳纳米管已经被广泛地应用于电化学设备(如传感器、生物 传感器)的应用，因为碳纳米管具有特殊的机构和力学性质，如窄的尺寸分布、 高的可用表面积和高的电传导性能。作为电极材料，多壁碳纳米管可以促进电 活性物种和电极之间的电子传递。这为新型电化学传感器的构建提供了一种新 的平台。涂覆于纳米结构模板上的导电聚合物在纳米材料科学领域引起了非常 大的关注。碳纳米管和聚合物母体之间的相互作用可以作为一种策略来激发碳 纳米管和导电聚合物的特殊的性能如高的长径比和表面积，从而增强电子传输 能力和电极表面被分析物的捕获能力。在纳米材料(如碳纳米管)的表面涂覆 一层具有高导电性和细微结构的导电高分子膜并基于此材料制备的生物传感器 已经被用于很多种物种的检测。

肾上腺素(EP)是一种神经传输媒介的重要组成部分，对哺乳动物中枢神 经系统具有非常重要的作用。EP能够控制神经系统一系列的生物反应和神经性 化学过程。同其它激素一样，EP能够有效地抑制免疫系统，因此可以用作治疗 心脏停搏的药物，用作哮喘病的支气管扩张剂，用作脓血病的治疗药物。多种 技术已经被用来检测EP。

近年来，优良的性能，如高的灵敏度和选择性、可重复性、检测迅速、低 价等，使得电化学分析已经被大量地应用于很多种重要生物成分的检测。但是， 在未修饰的电极上检测时，在抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)的氧化过程中EP 也通常被氧化。因此，分离AA/EP和UA的氧化峰在电化学检测中是一个非常 大的挑战。

UA是嘌呤代谢的主要产物。对一个健康的人来说，UA的浓度约为2 mmol/L，在血液中为120-450μmol/L。UA的浓度异常可以作为几种疾病的指示， 如痛风、高尿酸血和莱施-奈恩综合征。AA是一种能够阻止坏血病的药剂，在 很多生物反应中都发挥着重要作用。哺乳动物大脑中的AA在生物化学、神经 化学和临床诊断应用中都发挥着重要作用。AA对胶原蛋白的形成也是必须的。

用具有氧化还原活性的薄膜在对惰性电极进行化学修饰为构建新型电化学 传感器的构建提供了很大的优势。在实际操作中，氧化还原活性位会对被分析 物和基底电极之间的电子起到运输作用，从而减低激活所需的过电势。化学改 性电极的另外一个优点就是低的表面污染和氧化物的形成。大量不同的材料被 用来修饰电极的表面，如碳纳米管、金属氧化物、导电高分子和无机催化剂。 电化学聚合制备的高分子修饰电极引起了研究者很大的兴趣因为它们在被分析 物的检测中具有很多优点，如高灵敏度和选择性、电化学沉积的均匀性、高分 子和电极材料的强粘合性以及膜的化学稳定性。

发明内容：

本发明涉及一种用于同时检测抗坏血酸、肾上腺素和尿酸的基于碳纳 米管-聚孔雀绿层层沉积膜的电化学传感器制备方法。

一种用于同时检测抗坏血酸、肾上腺素和尿酸的基于碳纳米管-聚孔 雀绿层层沉积膜的电化学传感器制备方法，其步骤如下：

(1)多壁碳纳米管(MWCNTs)的功能化：功能化和增溶性是CNTs化学 的非常重要的方面，这些化学处理对其很多应用是必须的。所有的碳纳米材料 在普通的溶剂中是不溶的，因此需要对其进行功能化以便其能够分散到溶剂中。 纳米材料的功能化包括共价改型和非共价改性，这两种改性都能使得纳米材料 能够溶解于极性、非共价极性和液体媒介中。羧基功能化为CNTs的功能化提供 了一种非常好的途径。本发明中，MWCNTs通过在硫酸和硝酸(2∶1～4∶1，v/v) 的混合溶剂中超声6～10h来实现化学功能化改性。功能化的MWCNTs先用去离 子水洗涤然后离心3～8次分离出来。MWCNTs表面的羧基可以通过红外表征证 明。

(2)修饰电极的制备：在修饰之前，玻璃碳电极(GCE)先后用砂纸和 0.05～0.10μm的氧化铝浆进行抛光处理然后用去离子水洗涤。每次抛光后，电极 都用乙醇超声3～7min去除电极表面多余的粘性物质。抛光后的电极在0.1～0.3 mol/L的H₂SO₄中在-0.1～1.8V(Ag|AgCl|KCl(3mol/L))之间进行连续扫描进 行化学激活。

将3.0～10.0μL黑色的0.1～0.3mg/mL的MWCNTs的乙醇溶液滴到GCE的 表面，溶剂蒸发后就得到MWCNTs修饰电极(MWCNTs-GCE)。孔雀绿(MG) 在MWCNTs-GCE电极表面的电化学聚合如下进行：在含有0.3～0.6mol/L的 NaNO₃和0.025～0.075mol/L的NaH₂PO₄-Na₂HPO₄(pH＝6)的5～10mmol/L的 MG溶液中以100mV/s的扫描速率在-1.4～1.8V(Ag|AgCl|KCl(3mol/L))连续 扫描25次和12次。制备的修饰电极小心地用去离子水冲洗以去除结合部牢固 的没有聚合的MG，然后室温保存。

本发明涉及的传感器能够有效地检测AA、EP和UA，具有检测限宽(对 AA、EP和UA的检测范围分别为0.4～100.0μmol/L，0.1～100.0μmol/L， 0.3～90.0μmol/L)，检测限低(对AA、EP和UA的检测范围分别为0.23 μmol/L，0.082μmol/L，0.12μmol/L)等的特点。而且修饰的电极对AA、 EP和UA的检测具有很好的选择性、高灵敏度和稳定性。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合实施对本发明作进一步详述。

用于同时检测抗坏血酸、肾上腺素和尿酸的基于碳纳米管-聚孔雀绿 层层沉积膜的新型电化学传感器的制备方法，其步骤如下：

(1)多壁碳纳米管(MWCNTs)的功能化：功能化和增溶性是CNTs化学 的非常重要的方面，这些化学处理对其很多应用是必须的。所有的碳纳米材料 在普通的溶剂中是不溶的，因此需要对其进行功能化以便其能够分散到溶剂中。 纳米材料的功能化包括共价改型和非共价改性，这两种改性都能使得纳米材料 能够溶解于极性、非共价极性和液体媒介中。羧基功能化为CNTs的功能化提供 了一种非常好的途径。本发明中，MWCNTs通过在硫酸和硝酸(2∶1，v/v)的混 合溶剂中超声9h来实现化学功能化改性。功能化的MWCNTs先用去离子水洗 涤然后离心4次分离出来。MWCNTs表面的羧基可以通过红外表征证明。

(2)修饰电极的制备：在修饰之前，玻璃碳电极(GCE)先后用砂纸和0.07 μm的氧化铝浆进行抛光处理然后用去离子水洗涤。每次抛光后，电极都用乙醇 超声5min去除电极表面多余的粘性物质。抛光后的电极在0.2mol/L的H₂SO₄中在-0.1～1.8V(Ag|AgCl|KCl(3mol/L))之间进行连续扫描进行化学激活。

将5.0μL黑色的0.2mg/mL的MWCNTs的乙醇溶液滴到GCE的表面， 溶剂蒸发后就得到MWCNTs修饰电极(MWCNTs-GCE)。孔雀绿(MG)在 MWCNTs-GCE电极表面的电化学聚合如下进行：在含有0.3mol/L的NaNO₃和 0.035mol/L的NaH₂PO₄-Na₂HPO₄(pH＝6)的10mmol/L的MG溶液中以l00mV/s 的扫描速率在-1.4～1.8V(Ag|AgCl|KCl(3mol/L))连续扫描25次和12次。制 备的修饰电极小心地用去离子水冲洗以去除结合部牢固的没有聚合的MG，然后 室温保存。