專利名稱：一種多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
過氧化氫作為一種強氧化劑，具有漂白和殺菌的作用，被廣泛應(yīng)用于臨床、環(huán)境、食品、制藥和生物研究等許多領(lǐng)域。然而作為一種大氣污染物，過氧化氫是酸雨形成的因素之一；此外，高濃度的過氧化氫有損于眼睛和皮膚影響人類健康。食品、包裝材料等中殘留的過氧化氫進(jìn)入人體后，副作用極大，它能直接刺激粘膜組織，若超量使用，還會大范圍地?fù)p害人體細(xì)胞，并且通過化學(xué)反應(yīng)釋放活性氧自由基導(dǎo)致人體細(xì)胞癌變，加速人體衰老等。因此快速靈敏地檢測過氧化氫是科學(xué)界長期以來關(guān)注的一個問題。目前檢測過氧化氫的方法主要有滴定法、分光光度法、熒光測定法及電化學(xué)方法，其中由于電化學(xué)方法具有設(shè)備低廉、靈敏度高、簡便快捷等優(yōu)點而倍受青睞?；陔娀瘜W(xué)方法研制的電化學(xué)傳感器是一類以電極作為信號轉(zhuǎn)換器，對電位或電流加以測量的傳感器。電化學(xué)體系借助電極實現(xiàn)電能的輸入或輸出，從而獲得電極表面修飾物質(zhì)的電信號，常用的為三電極體系。三電極體系包括工作電極、輔助電極(也稱對電極)和參比電極，其中對電極是鉬電極，參比電極是飽和甘汞電極，工作電極是玻碳電極。許多文獻(xiàn)報道采用辣根過氧化酶修飾的電化學(xué)生物傳感器測定過氧化氫，但通常酶電極的制備過程復(fù)雜，且酶作為具有活性的生物大分子，對外界條件的變化比較敏感，容易失活變性，影響傳感器的壽命和測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此使實際應(yīng)用受到一定的限制。發(fā)展無酶傳感器是重要的研究方向之一。在電化學(xué)傳感器中，許多金屬可用作過氧化氫的測定。鐵、銅、鋅、銀和鉬等金屬都可以催化過氧化氫分解為氧氣和水，其中銀已經(jīng)作為一種電極材料用于過氧化氫的測定，與金屬銀相比，銀納米粒子具有體積小、比表面積大等特點，故而銀納米粒子常用于過氧化氫的測定。鉬前驅(qū)體的水溶液與具有還原性的材料反應(yīng)可生成鉬納米粒子，鉬納米粒子具有檢測限低，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但價格昂貴。多巴胺(或其衍生物)具有還原性，溫和條件下，在不同的有機無機材料上可以氧化自聚形成具有表面吸附性的多巴胺類聚合物。多巴胺類聚合物在增加黏附作用的同時，可以將貴金屬前驅(qū)體的水溶液中的貴金屬離子還原成貴金屬納米粒子，從而產(chǎn)生具有化學(xué)吸附的貴金屬納米粒子傳感器。本體系中，應(yīng)用多巴胺(或其衍生物)的自聚以及多巴胺類聚合物和貴金屬前驅(qū)體的水溶液間的氧化還原反應(yīng)，層層自組裝法制備過氧化氫無酶傳感器。反應(yīng)生成的多巴胺類聚合物可以增強貴金屬納米粒子和玻碳電極間的粘附能力，從而提高傳感器的牢固性。本方法具有制備方法簡易快速，牢固性高，檢測限低，重現(xiàn)性好，響應(yīng)快速的優(yōu)點
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器的制備方法。本發(fā)明的目的之二是利用制成的多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器用于過氧化氫的測定。本發(fā)明的這些目的將通過下列詳細(xì)描述和說明進(jìn)一步體現(xiàn)和闡述。發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種檢測過氧化氫的多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器，其特征在于，以玻碳電極為基底，在基底上修飾有多層多巴胺類聚合物和貴金屬納米粒子層。上述多巴胺類聚合物和貴金屬納米粒子層是由多巴胺或其衍生物在有氧、堿性條件下，發(fā)生聚合反應(yīng)生成具有粘附作用的多巴胺類聚合物，之后貴金屬離子和多巴胺類聚合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成貴金屬納米粒子制得。上述傳感器的制備具體步驟為:a)將玻碳電極經(jīng)砂紙打磨、Al2O3粉磨拋光后，依次用雙蒸水、乙醇和雙蒸水超聲洗滌；b)將多巴胺或其衍生物溶于pH=8.5的緩沖溶液中，制得的多巴胺或其衍生物溶液，將新制的多巴胺或其衍生物溶液滴到步驟a)預(yù)處理的玻碳電極上，讓其自然晾干；之后將貴金屬前驅(qū)體的水溶液滴到干燥的多巴胺類聚合物修飾的玻碳電極上，反復(fù)滴加，便可制得多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器。所述的多巴胺或其衍生物為多巴胺、多巴胺-醌、a -甲基多巴胺、去腎上腺素、左旋多巴、屈昔多巴、a -甲基多巴和5-羥基多巴胺中的一種或多種。所述的貴金屬為Ag，Au或Pt的一種。所述的緩沖溶液為磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖液、巴比妥鈉-鹽酸緩沖液、Tris-鹽酸緩沖液、硼酸-硼砂緩沖液、甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液、硼砂-氫氧化鈉緩沖液和碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液中的一種。所述的多巴胺或其衍生物溶液的濃度為0.01 50mg/mL，貴金屬前驅(qū)體的水溶液的濃度為0.01 100mg/mL。上述多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器對過氧化氫的檢測的步驟為:在0.lmol/L pH=7.0的PBS緩沖溶液中或含過氧化氫的待測液中，用CHI660C電化學(xué)分析儀以三電極系統(tǒng)(飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲電極為對電極，工作電極是貴金屬納米粒子修飾的玻碳電極)，在OV -0.8V范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安法測定。在5X10_5 1.75X10_3mol/L范圍內(nèi)過氧化氫的峰電流與其濃度具有良好的線性關(guān)系，檢測限為
6.5 X106mol/L。本發(fā)明通過層層組裝法在玻碳電極上依次滴加多巴胺或其衍生物溶液與貴金屬前驅(qū)體的水溶液，自然晾干后制得貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器。該電化學(xué)傳感器可用于過氧化氫的測定，結(jié)果表明它具有制備方法簡易快速，牢固性高，檢測限低，重現(xiàn)性好，響應(yīng)快速的優(yōu)點。


圖1為利用聚多巴胺膜在玻碳電極上制備多層銀納米粒子的示意圖。圖2為ITO玻璃基底上聚多巴胺/貴金屬納米粒子的FESEM圖。(a)第一層聚多巴胺，(b)第一層銀納米粒子，(C)第二層聚多巴胺，(d)第二層銀納米粒子。所有的標(biāo)尺為200nmo圖3為多巴胺溶液與硝酸銀溶液濃度比的優(yōu)化。修飾玻碳電極的CV曲線，(a)銀納米粒子為一層、兩層和三層，(b)多巴胺濃度為0.lmg/mL，硝酸銀溶液的濃度分別為Img/mL(ItolO),2mg/mL(lto20)和 3mg/mL(lto30)。圖4為聚多巴胺/銀納米粒子傳感器在PBS緩沖液中對連續(xù)加入過氧化氫的安培響應(yīng)曲線，工作電位為-0.6V。圖5為PBS緩沖液中H2O2濃度與電流的線性關(guān)系。圖6為聚多巴胺/銀納米粒子修飾電極的重復(fù)性和重現(xiàn)性。(a)單根電極重復(fù)性實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖；(b)五根電極重現(xiàn)性實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖。H2O2加入量6mM。圖7為干擾物實驗的電流-時間曲線。干擾物為葡萄糖(GLU)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)與抗壞血酸(AA)，工作電位為-0.6。
具體實施例方式以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進(jìn)一步限定。實施例一1.聚多巴胺/銀納米粒子的制備與表征用層層組裝法制備聚多巴胺/銀納米粒子復(fù)合物，其制備過程見示意圖1。將多巴胺溶于PH=8.5的tris-鹽酸緩沖液中可制得多巴胺溶液。0.lmg/mL多巴胺溶液分別滴在ITO玻璃與覆碳銅網(wǎng)上，干燥后滴加2mg/mL的硝酸銀溶液，如此反復(fù)，便可得到多層銀納米粒子。用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM，圖2)對該復(fù)合物進(jìn)行了表征。在有氧、堿性條件下多巴胺可以很容易地在ITO玻璃的表面上形成聚合物層，其表面較為平整，如圖2a所示。清洗后的聚多巴胺表面與銀離子接觸后，銀離子被還原成銀納米粒子形成銀納米粒子層，由圖2b可見銀納米粒子粒徑分布較均勻。圖2c為包覆在第一層銀納米粒子上的第二層聚多巴胺膜，其表面形貌與第一層銀納米粒子層無明顯差異，而第二層銀納米粒子形成后表面粒子的粒徑分布變寬(圖2d)。2.聚多巴胺/銀納米粒子電化學(xué)傳感器的制備將直徑為3mm的玻碳電極經(jīng)砂紙打磨、Al2O3 (粒徑為0.3 y m)粉磨拋光后，依次用雙蒸水、乙醇和雙蒸水超聲洗滌。將2mg多巴胺溶于20mL的tris_HCl緩沖溶液，制得0.lmg/mL的多巴胺溶液。將新制的6 ii L多巴胺溶液溶液滴加到處理過的玻碳電極上，讓其自然晾干；之后將2mg/mL的硝酸銀溶液L滴到干燥的聚多巴胺修飾的玻碳電極上，反復(fù)滴加，便可制得多層銀納米粒子電化學(xué)傳感器。3.利用銀納米粒子電化學(xué)傳感器對過氧化氫的測定在0.lmol/L pH=7.0的PBS緩沖溶液中或含過氧化氫的待測液中，用CHI660c電化學(xué)分析儀以三電極系統(tǒng)(飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲電極為對電極，工作電極是銀納米粒子修飾的玻碳電極)，在OV -0.8V范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安法測定，通過峰電流尋求最佳實驗條件(圖3)。圖3a是銀納米粒子層數(shù)的優(yōu)化，顯而易見銀納米粒子為兩層時峰電流和峰電位都明顯優(yōu)于一層和三層，圖3b是多巴胺和硝酸銀濃度和比例的優(yōu)化，當(dāng)多巴胺濃度為0.lmg/mL,硝酸銀溶液的濃度為2mg/mL時,效果最佳。所以最佳實驗條件為多巴胺濃度為0.lmg/mL,硝酸銀溶液的濃度為2mg/mL,銀納米粒子為兩層。優(yōu)化后的聚多巴胺/銀納米粒子電化學(xué)傳感器線性范圍為5X 1(T5 1.75X l(T3mol/L，對過氧化氫檢測限為 6.5X l(T6mol/L (圖 4)。過氧化氫的峰電流與其濃度具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=0.9997，擬合方程為y=l.88296+48.2676*x (圖 5)。實驗考察了傳感器的重復(fù)性、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性及抗干擾性。圖6為傳感器的重復(fù)性和重現(xiàn)性，在5mL0.lmol/L的PBS (pH=7.0)的溶液中加入6 X 10_6mol/L過氧化氫，圖6a為對同一根銀納米粒子修飾的玻碳電極進(jìn)行5次平行試驗，結(jié)果顯示其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.39% ；圖6b是制備5根相同的銀納米粒子修飾的玻碳電極同時各測定I次，得到相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為
2.29%，上述結(jié)果說明該傳感器具有很好的重復(fù)性和重現(xiàn)性。把該傳感器保存在4°C冰箱中，兩個星期后，傳感器的響應(yīng)信號為初始信號的90%以上，說明該傳感器具有較好的穩(wěn)定性。維持過氧化氫的物質(zhì)的濃度為0.8mM,實驗考察了傳感器的抗干擾性對可能造成干擾的物質(zhì)，如:葡萄糖、尿酸、抗壞血酸和多巴胺進(jìn)行了干擾測定，數(shù)據(jù)顯示幾乎沒有干擾(圖7)。實施例二1.聚多巴胺/鉬納米粒子電化學(xué)傳感器的制備將直徑為3mm的玻碳電極經(jīng)砂紙打磨、Al2O3 (粒徑為0.3 y m)粉磨拋光后，依次用雙蒸水、乙醇和雙蒸水超聲洗滌。將2mg多巴胺溶于20mL的tris_HCl緩沖溶液，制得0.lmg/mL的多巴胺溶液。將新制的6 ii L多巴胺溶液溶液滴加到處理過的玻碳電極上，讓其自然晾干；之后將2mg/mL的氯鉬酸溶液L滴到干燥的聚多巴胺修飾的玻碳電極上，反復(fù)滴加，便可制得多層鉬納米粒子電化學(xué)傳感器。2.利用鉬納米粒子電化學(xué)傳感器對過氧化氫的測定在0.lmol/L pH=7.0的PBS緩沖溶液中或含過氧化氫的待測液中，用CHI660c電化學(xué)分析儀以三電極系統(tǒng)(飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲電極為對電極，工作電極是鉬納米粒子修飾的玻碳電極)。實施例三1.聚左旋多巴/銀納米粒子電化學(xué)傳感器的制備將直徑為3mm的玻碳電極經(jīng)砂紙打磨、Al2O3 (粒徑為0.3 y m)粉磨拋光后，依次用雙蒸水、乙醇和雙蒸水超聲洗滌。將2mg左旋多巴溶于20mL的tris_HCl緩沖溶液，制得0.lmg/mL的左旋多巴溶液。將新制的6 U L左旋多巴溶液溶液滴加到處理過的玻碳電極上，讓其自然晾干；之后將2mg/mL的硝酸銀溶液6 u L滴到干燥的聚左旋多巴修飾的玻碳電極上，反復(fù)滴加，便可制得多層銀納米粒子電化學(xué)傳感器。2.利用銀納米粒子電化學(xué)傳感器對過氧化氫的測定在0.lmol/L pH=7.0的PBS緩沖溶液中或含過氧化氫的待測液中，用CHI660c電化學(xué)分析儀以三電極系統(tǒng)(飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲電極為對電極，工作電極是銀納米粒子修飾的玻碳電極)。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種檢測過氧化氫的多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器，其特征在于，以玻碳電極為基底，在基底上修飾有多層多巴胺類聚合物和貴金屬納米粒子層。
2.權(quán)利要求1所述電化學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于，具體步驟為: a)將玻碳電極經(jīng)砂紙打磨、Al2O3粉磨拋光后，依次用雙蒸水、乙醇和雙蒸水超聲洗滌； b)將多巴胺或其衍生物溶于pH=8.5的緩沖溶液中，制得的多巴胺或其衍生物溶液，將新制的多巴胺或其衍生物溶液滴到步驟a)預(yù)處理的玻碳電極上，讓其自然晾干；之后將貴金屬前驅(qū)體的水溶液滴到干燥的多巴胺類聚合物修飾的玻碳電極上，反復(fù)滴加，便可制得多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器。
3.權(quán)利要求1所述電化學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于，所述的多巴胺或其衍生物為多巴胺、多巴胺-醌、a-甲基多巴胺、去腎上腺素、多巴、屈昔多巴、a-甲基多巴和5-羥基多巴胺中的一種或多種。
4.權(quán)利要求1所述電化學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于，所述的貴金屬為Ag，Au或Pt的一種。
5.權(quán)利要求1所述電化學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于，所述的緩沖溶液為磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖液、巴比妥鈉-鹽酸緩沖液、Tris-鹽酸緩沖液、硼酸-硼砂緩沖液、甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液、硼砂-氫氧化鈉緩沖液和碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液中的一種。
6.權(quán)利要求1所述電化學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于，所述的多巴胺或其衍生物溶液的濃度為0.01 50mg/mL,貴金屬前驅(qū)體的水溶液的濃度為0.01 100mg/mL。
7.權(quán)利要求1所述聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器用于過氧化氫的檢測。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多巴胺類聚合物/貴金屬納米粒子電化學(xué)傳感器及其制備方法和應(yīng)用。該新型生物電化學(xué)傳感器為三電極體系傳感器，其中參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑絲電極，工作電極是貴金屬納米粒子修飾的玻碳電極。本發(fā)明通過自組裝法將新制的多巴胺或其衍生物溶液與貴金屬前驅(qū)體的水溶液逐層滴在玻碳電極上，反應(yīng)制得貴金屬納米粒子。反應(yīng)生成的多巴胺類聚合物具有黏附能力，可以增加貴金屬納米粒子與玻碳電極的牢固性。該電化學(xué)傳感器可應(yīng)用于過氧化氫的檢測，結(jié)果表明它具有制備方法簡易快速，牢固性高，檢測限低，重現(xiàn)性好，響應(yīng)快速的優(yōu)點。
文檔編號G01N27/30GK103196967SQ201310093408
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者王豐, 韓睿, 劉桂亭, 陳惠芬, 余波, 文穎, 任天瑞, 王虎 申請人:上海師范大學(xué)