一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极、制备方法及应用

摘要

本发明公开一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极，所述修饰玻碳电极为聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰的玻碳电极，聚吡咯/氧化石墨烯纳米片中的聚吡咯与氧化石墨烯通过氢键的方式复合，聚合离子液体通过非共价键的方式与聚吡咯/氧化石墨烯纳米片相连。该修饰玻碳电极可作为一种新型的电化学生物传感器，可用于在抗坏血酸存在下，实现对多巴胺的检测，具有制备方法简单、快速，选择性良好等优点。

说明书

技术领域

本发明属于电化学分析检测技术领域，具体涉及一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴 胺的修饰玻碳电极、制备方法及应用。

背景技术

多巴胺(DA)是哺乳动物神经系统中非常重要的神经递质，DA(内含神经原)浓度的 减少会导致如帕金森氏病等疾病的发生。由于其本身特殊的化学性质，可以利用电化学手段 监测DA分子被氧化时电流的变化，进而达到准确检测溶液中DA浓度的目的。多巴胺和抗 坏血酸总是同时存在与生物样品中，其检测主要问题是多巴胺和抗坏血酸的氧化电位相对于 裸电极几乎相同，选择性很差，因此制备各种各样的修饰电极成为现今研究的热门课题。

研究表明，拥有二维薄膜是性能优良的电极修饰材料。由于其具有较好的稳定性、较薄 的厚度和较大的比表面积，这种材料在构建具有高稳定性和灵敏度的电化学传感器和生物传 感器方面有广阔的应用前景。

近年来，聚吡咯/氧化石墨烯复合纳米片(PPy/GO)作为一种新型二维纳米材料引起了 广泛的关注。这种材料既展现了导电聚合物的特点，同时还兼具一些氧化石墨烯所特有的机 械性能，因此这种纳米复合材料在可被用于构建高灵敏度的电化学传感器。但是，PPy/GO 纳米片本身较差的分散性，极大地限制了其在电化学催化中的应用。

聚合离子液体(PILs)的出现，为解决上述问题提供了新的思路和方法，它将离子液体 的特性引入聚合物中，有效地改善了复合材料的水分散性，因此PILs/PPy/GO纳米复合物将 成为一种极具应用前景的电极修饰材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极及其制备 方法，使用本方法制得的修饰玻碳电极可作为一种新型的电化学生物传感器，可用于在抗坏 血酸存在下，实现对多巴胺的检测，具有制备方法简单、快速，选择性良好等优点。

本发明采用的技术方案为：

一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极，所述修饰玻碳电极为聚合离 子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰的玻碳电极，聚吡咯/氧化石墨烯纳米片中的聚吡咯与 氧化石墨烯通过氢键的方式复合，聚合离子液体通过非共价键的方式与聚吡咯/氧化石墨烯 纳米片相连。

所述的一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极，所述聚合离子液体为 聚1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐(PVEIB)。

一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极制备方法，包括如下步骤：

1)制备聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)纳米片

将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中配置成浓度为2mg/mL的悬浊液，之后向悬浊液中 加入吡咯，并超声分散均匀；最后向体系中加入三氯化铁并进行超声反应，其中铁离子与吡 咯的摩尔比为3:1，产物离心、洗涤、干燥后得到黑色片状固体，即为聚吡咯/氧化石墨烯纳 米片；

4)制备聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯(PVEIB/PPy/GO)纳米片

将聚吡咯/氧化石墨烯纳米片分散于有机溶剂中配置成悬浊液，之后向体系中加入聚1- 乙烯基-3-乙基咪唑溴盐(PVEIB)和引发剂，在氮气保护下回流反应，回流反应的产物离 心、洗涤、干燥之后得到黑色粉末固体，即为聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片；

5)制备聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰玻碳电极

称取聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片粉末，超声分散与乙醇溶液中，得到分散 均匀的复合修饰剂；将分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻碳电极(GCE)表面室温下干 燥，即得到聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰的玻碳电极(PVEIB/PPy/GO- GCE)。

所述的制备方法，步骤1)中超声反应的时间为30-45min。

所述的制备方法，步骤1)中吡咯与氧化石墨烯的质量比为1:1。

所述的制备方法，步骤2)聚1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐(VEIB)与聚吡咯/氧化石墨烯

纳米片的质量比为5:1。

所述的制备方法，步骤2)中有机溶剂为甲醇，引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)，回

流反应的温度为70-90℃，回流反应的时间为10-14h。

一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极应用于在抗坏血酸存在下，检 测多巴胺。

所述的应用，以修饰玻碳电极作为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，以铂电极 为辅助电极，组成三电极系统，在pH为4.0的磷酸缓冲溶液(PBS)中实现在抗坏血酸存 在下，对多巴胺的检测。

本发明具有以下有益效果：

本发明种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极是一种聚合离子液体/聚 吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰的玻碳电极，聚吡咯与氧化石墨烯通过氢键的方式复合，聚合 离子液体通过非共价键的方式与聚吡咯/氧化石墨烯纳米片相连。制备方法是：通过超声合 成法制备了聚吡咯/氧化石墨烯复合材料，利用溶液聚合法将聚合离子液体修饰于聚吡咯/氧 化石墨烯纳米片表面，采用滴涂法制备了聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰玻碳 电极；制作一种新型的电化学生物传感器，可用于在抗坏血酸存在下，对多巴胺的检测，具 有制备方法简单、快速、易制作、选择性良好等优点。

本发明所得的修饰玻碳电极可用于在抗坏血酸存在下，实现多巴胺的加测，具体的可将 新型修饰玻碳电极作为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极，组成三 电极系统，在pH为4.0的磷酸缓冲溶液(PBS)中实现在抗坏血酸存在下，对多巴胺的检 测。

采用循环伏安法，在-0.2V～0.8V范围内研究了该修饰电极在pH为4.0的磷酸缓冲溶 液(PBS)中对抗坏血酸和多巴胺的电催化性能。该修饰电极循环伏安扫描100次，多巴胺 峰电流变化在2％以内。用该电极对多巴胺平行测定6组，峰电流几乎没有发生变化，说明 电极的重现性较好。

本发明制备了一种聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰玻碳电极，制备方法简 单、快速，选择性良好，可以在抗坏血酸存在下，实现对DA的检测。

附图说明

图1是PVEIB/PPy/GO纳米片的扫描电镜图。

图2是PVEIB/PPy/GO纳米片的透射电镜图。

图3是不同修饰电极检测AA和DA的循环伏安对比图。

图4a为修饰电极在不同扫描速度条件下检测DA和AA的循环伏安图。

图4b为DA的氧化峰电流与扫速的平方根的线性关系。

图4c为AA的氧化峰电流与扫速的线性关系。

图5是PVEIB/PPy/GO修饰电极检测不同浓度DA的差分脉冲伏安图。

图6是电流与DA浓度变化线性关系图。

具体实施方式

一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极，所述修饰玻碳电极为聚合离 子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰的玻碳电极，聚吡咯/氧化石墨烯纳米片中的聚吡咯与 氧化石墨烯通过氢键的方式复合，聚合离子液体通过非共价键的方式与聚吡咯/氧化石墨烯 纳米片相连。所述聚合离子液体为聚1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐(PVEIB)。

一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极制备方法，包括如下步骤：

1)制备聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)纳米片

将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中配置成浓度为2mg/mL的悬浊液，之后向悬浊液中 加入吡咯(吡咯与氧化石墨烯的质量比为1:1)，并超声分散均匀；最后向体系中加入三氯 化铁并进行超声反应30-45min，其中铁离子与吡咯的摩尔比为3:1，产物离心、洗涤、干 燥后得到黑色片状固体，即为聚吡咯/氧化石墨烯纳米片；

2)制备聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯(PVEIB/PPy/GO)纳米片

将聚吡咯/氧化石墨烯纳米片分散于有机溶剂(甲醇)中配置成悬浊液，之后向体系中 加入聚1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐(PVEIB)和引发剂(偶氮二异丁腈AIBN)，其中聚1-乙 烯基-3-乙基咪唑溴盐(PVEIB)与聚吡咯/氧化石墨烯纳米片的质量比为5:1，在氮气保护下 回流反应，回流反应的温度为70–90℃，回流反应的时间为10-14h，回流反应的产物离 心、洗涤、干燥之后得到黑色粉末固体，即为聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片；

3)制备聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰玻碳电极

称取聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片粉末，超声分散与乙醇溶液中，得到分散 均匀的复合修饰剂；将分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻碳电极(GCE)表面室温下干 燥，即得到聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰的玻碳电极(PVEIB/PPy/GO- GCE)。

一种在抗坏血酸存在的条件下检测多巴胺的修饰玻碳电极应用于在抗坏血酸存在下，检 测多巴胺。具体为以修饰玻碳电极作为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，以铂电极 为辅助电极，组成三电极系统，在pH为4.0的磷酸缓冲溶液(PBS)中实现在抗坏血酸存 在下，对多巴胺的检测。

实施例

仪器与试剂：CHI660E型电化学工作站(上海辰华仪器公司)；三电极体系：Ag/AgCl电 极为参比电极，铂电极为辅助电极，工作电极是聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修 饰玻碳电极，实验数据和伏安曲线均由计算机采集、处理和记录。H01-3恒温磁力搅拌器 (上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司)，KH3200B型超声波清洗器(昆山禾创超声仪器有 限公司)。吡咯和N-乙烯基咪唑购自国药集团化学试剂有限公司，抗坏血酸(AA)购自天 津永大化学试剂有限公司，多巴胺(DA)是阿法埃莎(中国)化学有限公司的产品。其他试剂 均为分析纯，水为蒸馏水。

聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰玻碳电极的制备

制备方法如下：

(1)制备聚吡咯/氧化石墨烯纳米片：

将0.05g氧化石墨烯超声分散于25mL蒸馏水中配置成悬浊液，之后向悬浊液中加入0.05 g吡咯，并超声分散30min。最后向体系中加入0.605g三氯化铁并进行超声反应40min。产物 离心、用水和乙醇洗涤、干燥后得到黑色片状固体，即为聚吡咯/氧化石墨烯纳米片 (PPy/GO)；

(2)制备聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片：

将聚吡咯/氧化石墨烯纳米片分散于甲醇中，配置成悬浊液，之后向体系中加入VEIB和 偶氮二异丁腈(AIBN)，在氮气保护下回流反应12h，产物离心、洗涤、干燥之后得到黑 色粉末固体，即为聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片(PVEIB/PPy/GO)；

(3)制备聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰玻碳电极：

称取步骤(2)中聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片粉末1mg，超声分散于1mL 乙醇溶液中，即得到分散均匀的复合修饰剂。取2μL分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻 碳电极(GCE)表面室温下干燥，即得到本发明所述的离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片 修饰玻碳电极。

PVEIB/PPy/GO纳米片的扫描电子显微镜(SEM)图片和透射电子显微镜(TEM)图片 如图1和图2所示，可见纳米片表面呈现出褶皱和片状纹理，同时可以在表面观察到一些纳 米卷结构，说明聚合离子液体成功修饰于PPy/GO纳米片表面。

聚合离子液体/聚吡咯/氧化石墨烯纳米片修饰玻碳电极的性能测试

(1)对比实验，不同修饰电极检测AA和DA：

用微量进样器将一定量的AA和DA准确移入含有8mLPBS(pH＝4)的电解池中，分别 以裸电极(bare)，GO修饰玻碳电极，PPy/GO修饰玻碳电极和PVEIB/PPy/GO修饰玻碳电极 作为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极作为辅助电极；试验在CHI660E电化学工 作站上进行，其附属的计算机软件供作实验数据的采集和处理；在-0.2～0.8V电位范围内进 行循环伏安测试，记录稳定的循环伏安图。

如图3所示，为不同修饰电极检测AA和DA的循环伏安对比图，其中a曲线是以裸电极为 工作电极的基础上，b曲线是以GO修饰玻碳电极为工作电极的基础上，c曲线是以PPy/GO修 饰玻碳电极为工作电极的基础上，有图可知这三个修饰电极都只出现一个氧化峰。而d曲线 是以PVEIB/PPy/GO修饰玻碳电极为工作电极的基础上，则可观察到两个氧化峰，对比得出 PVEIB/PPy/GO修饰电极对于在AA存在条件下检测DA有较好的电催化活性。

(2)DA和AA在电极表面反应动力学的研究：

用微量进样器将一定量的AA和DA准确移入含有8mLPBS(pH＝4)的电解池中，以 PVEIB/PPy/GO纳米片修饰玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极作为辅 助电极；实验在CHI660E电化学工作站上进行，其附属的计算机软件供作实验数据的采集和 处理；在-0.2V～0.8V电位范围内进行循环伏安测试，扫速由10mV/s，逐渐增大至100 mV/s，记录稳定的循环伏安图。

如图4a-c所示是DA和AA在电极表面反应动力学的研究，如图4a(i)所示为修饰电极 在不同扫描速度条件下检测DA和AA的循环伏安图；图4b(ii)为DA的氧化电流与扫速的平 方根的线性关系，可以由此推测DA在电极表面为扩散控制；图4c(iii)为AA的氧化峰电流 与扫速的线性关系，可以由此推测AA在电极表面为表面控制过程。

(3)DA的定量检测：

以PVEIB/PPy/GO修饰玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为辅助 电极；实验在CHI660E电化学工作站上进行，包括实验数据的采集和处理；在含有不同溶度 DA(200～600nM)的PBS溶液(pH＝4.0,20℃)中，-0.2～0.8V电位范围内进行差 分脉冲扫描，记录稳定的差分脉冲伏安图。

图5为PVEIB/PPy/GO修饰玻碳电极检测不同浓度DA的差分脉冲伏安图。从图中可以看 出，随着DA浓度的增加，其氧化峰电流也在逐渐增大。

图6为电流与DA浓度变化线性关系图。由图可知，在200–600nM的范围内，DA的浓度 与氧化峰电流有较好的线性关系(R²＝0.9983)，斜率为-8.178μA/μM。根据标准信噪比为3 (S/N＝3)，PVEIB/PPy/GO修饰电极在检测DA时的检出限为70.3nM(n＝10)，灵敏度为 8.178μA/μM，其性能优于许多现有DA检测器。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领 域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修 改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。