基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器的制备及应用

摘要

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种基于N‑石墨烯纳米带‑金铂纳米簇的生物传感器的制备及应用。以玻碳电极为工作电极，用N‑石墨烯纳米带‑金铂纳米簇复合物进行修饰。本发明采用玻碳电极，价格低廉，结合电化学技术和生物传感技术，提高了传感器的选择性和灵敏性，不要对样品进行样品预处理，缩短了检测时间，同时降低了检测成本，是一种快速、廉价且灵敏度和选择性高的检测方法。

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器的制备及应用。

背景技术

抗坏血酸（AA）是一种水溶性维生素（维生素C），是人体生命活动中必不可缺的，其在氧化还原代谢反应中起调节作用。人体不能自身制备维生素C，如果身体中大量缺少维生素C，可引起坏血病。

多巴胺（DA）是从人脑之中合成并分泌出，能够影响人们的感情，是人脑之中的神经递质。这种脑内分泌物主要负责大脑的情欲，感觉将兴奋及开心的信息传递，也与上瘾有关。因此，探索多巴胺的浓度对某些病症（抑郁症、帕金森症、阿尔茨海默氏症等）有着很关键的作用。

尿酸（UA）是嘌呤的一种代谢产物。如果体内产生过多来不及排泄或者尿酸排泄机制退化，则体内尿酸蓄积过多，导致人体体液变酸，影响人体细胞的正常功能。尿酸过高会引起痛风、Lesch-Nyhan氏综合症、肥胖、糖尿病、高胆固醇、高血压等病症；而尿酸水平过低则会引起肾病、威尔逊氏症等病症。

抗坏血酸、多巴胺、尿酸的含量与人体健康息息相关，因此对AA、DA和UA的检测具有重要的应用价值。AA、DA和UA都具有电化学活性，但由于抗坏血酸，多巴胺，尿酸的电化学氧化峰电位是相似的，目前绝大多数检测机构采用的纳米粒子、自组装膜及聚合膜修饰电极的选择性及检出限并不能满足现代检测要求。因此，建立一种灵敏度高，选择性好、简便快捷的多巴胺、抗坏血酸和尿酸的同时测定方法是十分必要的。分离并增强它们的电化学信号，实现对他们的同时测定不仅是在生物医学化学领域同时在神经化学领域都有很高的重要性也为诊断和病理研究提供有效的方法。

发明内容

本发明针对传统检测方法的仪器设备复杂、操作过程繁琐、检测人员要求高、检测成本高等缺点提出一种灵敏度高、选择性好、重现性好、操作简单、成本廉价的同时检测抗坏血酸、多巴胺、尿酸的生物传感器的制备方法。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器，以玻碳电极为工作电极，用N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物进行修饰。

基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器制备方法，步骤为

（1）将N-多壁碳纳米管与酸性溶液混合反应，反应后加入KMnO

（2）PVA溶液与AuCl

（3）取N-石墨烯纳米带溶于纯水中超声后，加入金铂纳米簇溶液，振荡后离心，除去上清液，沉淀重新分散到磷酸盐缓冲溶液中，获得N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液；

（4）用A1

（5）取N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液滴加到玻碳电极上，晾干，即制得一种基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器。

作为优选，步骤（1）中酸性溶液为H

作为优选，步骤（2）中制备Au胶体的PVA溶液浓度为10mg/mL，AuCl

作为优选，金胶体溶液中加入含 1mM K

作为优选，步骤（3）中取1-2mg 获得的N-石墨烯纳米带，溶于5mL 超纯水中超声30min后，加入2-5mL金铂纳米簇溶液，振荡2-3h，离心，除去上清液，沉淀重新分散到2-4mL磷酸盐缓冲溶液中，即获得N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液。

作为优选，Au胶体粒径为3.0-10nm。

作为优选，黑色固体N-石墨烯纳米带在35℃-40℃，真空干燥处理。

检测步骤如下：

将参比电极、对电极和工作电极连接在电化学工作站上，在电解池中加入10mL的磷酸盐缓冲溶液并向溶液中加入5-10µL不同浓度的AA、DA和UA；

设定电位范围为-0.2-0.7V，通过差分脉冲方法检测工作电极对不同浓度的AA、DA和UA的电流响应；

根据所得电流响应与AA、DA和UA的浓度的关系，绘制工作曲线；

（2）AA、DA和UA的检测

采用5-10µL待测血清样品取代步骤（1）中的AA、DA和UA，其它步骤与（1）相同；

根据所测得的数值，对照AA、DA和UA的工作曲线，计算出样品中AA、DA和UA的含量。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1. 本发明采用玻碳电极，价格低廉，结合电化学技术和生物传感技术，提高了传感器的选择性和灵敏性，不要对样品进行样品预处理，缩短了检测时间，同时降低了检测成本，是一种快速、廉价且灵敏度和选择性高的检测方法。

2.本发明快速、简单、准确，样品无需前处理，可用于复杂的血清样品中AA、DA和UA三种物质的同时检测。

3.本发明采用N-石墨烯纳米带作为基底材料，使金铂纳米簇负载于独特的核-壳状结构中，增加了金铂纳米簇的负载量。

4.N-石墨烯纳米具有大的比表面积和良好的电化学性能，金铂纳米簇有超强的催化性能，实现了电化学信号的增大及灵敏的转化和传递，从而提高了本发明传感器的灵敏度，使AA、DA、UA的检测限可低至为0.040μM、0.050μM和0.029μM。

5.本发明采用玻碳电极，制备简单、成本低、试剂消耗量少，易于微型化和集成化，应用范围广泛。

附图说明

图1为N-多壁碳纳米管透射电镜图。

图2为N-石墨烯纳米带的透射电镜图。

图3为N-石墨烯纳米带XRD表征图。

图4为三种物质同时检测的工作曲线。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的制备

（1）将0.1g N-多壁碳纳米管与30mL H

（2）将1mL 10mg/mL PVA溶液与200mL 0.25mM AuCl

（3）取1mg 获得的N-石墨烯纳米带，溶于5mL 超纯水中超声30min后，加入2mL金铂纳米簇溶液，振荡2h，使金铂纳米簇负载到N-石墨烯纳米带表面。

将混合物离心，除去上清液，沉淀重分散到2mL磷酸盐缓冲溶液中，即获得N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液。

N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器的制备

（1）用A1

（2）取6 µL N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液滴加到玻碳电极上，晾干，即制得基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器的制备：

（1）用A1

（2）取10 µL N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液滴加到玻碳电极上，晾干，即制得基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器。

实施例3

N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的制备

（1）将0.5g N-多壁碳纳米管与200mL H

（2）将0.5mL 10mg/mL PVA溶液与170mL 0.25mM AuCl

（3）取2mg 获得的N-石墨烯纳米带，溶于5mL 超纯水中超声30min后，加入5mL金铂纳米簇溶液，振荡3h，使金铂纳米簇负载到N-石墨烯纳米带表面。

将混合物离心，除去上清液，沉淀重分散到4mL磷酸盐缓冲溶液中，即获得N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液。

N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器的制备：

（1）用A1

（2）取6 µL N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液滴加到玻碳电极上，晾干，即制得基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器。

实施例4

N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的制备

（1）将0.3 g N-多壁碳纳米管与120 mL H

（2）将0.8mL 10mg/mL PVA溶液与180 mL 0.25mM AuCl

（3）取1.5mg 获得的N-石墨烯纳米带，溶于5mL 超纯水中超声30min后，加入3mL金铂纳米簇溶液，振荡2.5h，使金铂纳米簇负载到N-石墨烯纳米带表面。

将混合物离心，除去上清液，沉淀重分散到3mL磷酸盐缓冲溶液中，即获得N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液。

N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器的制备：

（1）用A1

（2）取6 µL N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇复合物的储备液滴加到玻碳电极上，晾干，即制得基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器。

1.AA、DA和UA的检测

利用实施例1中制备得到的基于N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇的生物传感器，用于AA、DA和UA的检测，包括以下步骤；

（1）工作曲线的绘制

按照实施例1-2中任一所述的方法制备一系列N-石墨烯纳米带-金铂纳米簇生物传感器测定不同浓度的AA、DA和UA；

将参比电极、对电极和工作电极（铂丝电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，玻碳电极，即修饰后的电极作为工作电极）连接在电化学工作站上，在电解池中加入10mL的磷酸盐缓冲溶液并向溶液中加入10µL不同浓度的AA、DA和UA；

设定电位范围为-0.2-0.7V，通过差分脉冲方法检测工作电极对不同浓度的AA、DA和UA的电流响应；

根据所得电流响应与AA、DA和UA的浓度的关系，绘制工作曲线；如图4所示，AA、DA、UA的检测限可低至为0.040 μM、0.050 μM和0.029 μM。

（2）AA、DA和UA的检测

采用10µL待测血清样品取代步骤（1）中的AA、DA和UA，其它步骤与（1）相同；

根据所测得的数值，对照AA、DA和UA的工作曲线，计算出样品中AA、DA和UA的含量。

2.材料表征

N-多壁碳纳米管和N-石墨烯纳米带的透射电镜图分别如图1和图2所示，经过高锰酸钾剥离微波处理后，碳纳米管壁外围剥离出薄层状石墨烯，由此得到N-石墨烯纳米带。为了进一步证明合成了N-石墨烯纳米带，对合成所得材料进行X射线衍射分析（XRD）表征。如图3所示从图中可以看出，在2θ≈25°处出现明显的石墨特征峰，说明成功的制备了N-掺杂石墨烯纳米带。

3. 传感器灵敏性和稳定性实验

采用控制单一变量的方法，利用传感器对三种物质同时检测，然后控制单一物质浓度的变化，证明该传感器对三种物质具有较高的灵敏度，良好的稳定性。

表1传感器灵敏性和稳定性实验

4. 传感器对实际样品的检测

按照实施步骤构建传感器用于对实际样品维生素C注射液、盐酸多巴胺注射液和尿液的检测。

以pH7.0的磷酸盐缓冲溶液为稀释液将实际样品分别稀释后测定其含量。然后向测定试液中加入一定量的标准溶液，测定加标后的浓度，计算相对标准偏差及加标回收率。结果如表2所示。

表2实际样品检测结果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。