多巴胺在L-半胱氨酸修飾玻碳電極上的電化學行為及伏安測定

吳 影，李念兵

(1.西南大學化學化工學院，重慶 北碚 400715;2.重慶文理學院，重慶 永川 402160)

生物電活性分子電化學行為的研究仍是當今電化學和分析電化學中較為活躍的領域，愈來愈受到科研工作者的高度重視.多巴胺(Dopamine，DA)作為神經中樞系統(tǒng)內天然存在的一種極為重要的兒茶酚胺類神經遞質，同時又能獨立存在于腦組織;然而當腦組織內的多巴胺神經功能發(fā)生失調的時候，就會導致精神分裂癥和帕金森氏癥等惡性疾?。?-3］.這引起了眾多學者利用現(xiàn)代分析研究方法測定它在人體血液中的微量存在的濃厚興趣.國內外分析檢測DA的主要研究手段有:熒光光度法、反相或流動注射-化學發(fā)光法、氣相色譜-質譜法、膠束電動毛細管色譜法等［4-8］.然而，DA在傳統(tǒng)的Au，Ag，Pt等金屬電極和碳電極表面發(fā)生電化學反應的時候，過電位頗高，響應信號較低，容易受到電極反應產物的污染，從而致使電極表面發(fā)生“鈍化”.近些年來，隨著電化學的不斷深入發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)當在裸電極表面引入一層適當的氨基酸薄膜之后，能夠增加DA在修飾電極表面的傳質速率，從而實現(xiàn)DA的高靈敏度、高選擇性測定.本文研究了L-半胱氨酸(L-Cysteine)在玻碳電極(GCE)上的修飾條件，制備了L-半胱氨酸修飾玻碳電極，研究了在此電極上的電化學行為，實現(xiàn)了DA的伏安測定.

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

儀器:LK2005A電化學分析儀(中國，天津蘭力科儀器公司);pH B-4酸度計;AS10200AT超聲波清洗機;PG-2A機械拋光機;傳統(tǒng)三電極體系:L-半胱氨酸修飾玻碳電極(L-Cys/GC電極)為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲為對電極.

試劑:L-半胱氨酸(L-Cysteine，上海索寶生物技術有限公司);多巴胺(Dopamine，重慶川東化工有限公司);0.1mol/L混合磷酸鹽(PBS)緩沖溶液均由 0.2 mol/L NaH2PO4、0.2 mol/L Na2HPO4和0.1mol/L KCl儲備液配置，采用0.5mol/L NaOH和0.5mol/L H3PO4調節(jié)至所需pH值.其它化學試劑及藥品均采購于重慶北碚化學試劑廠(分析純)，實驗所用水為二次蒸餾水.

1.2 L-Cys/GC電極的制備方法

將玻碳電極(Φ=3mm)分別經細金相砂子打磨光滑，機械拋光成鏡面，電化學活化預處理及超聲清洗潔凈后作為工作電極，SCE為參比電極，鉑絲電極為對電極，將該三電極體系浸入濃度為0.01mol/L的L-半胱氨酸的PBS緩沖溶液(pH=6.864)中，采用循環(huán)伏安法在 -0.8～0.6 V電位范圍內，以100mV/s的掃速重復循環(huán)掃描10周，即可制得L-Cys/GC電極.

1.3 分析測試方法

采用循環(huán)伏安法在50mL容量瓶中加入一定量的DA標準溶液，用pH為6.864的PBS稀釋至刻度，搖勻，倒入電解池中.采用傳統(tǒng)三電極體系:L-Cys/GC電極為工作電極，SCE為參比電極，鉑絲電極為對電極，放置于DA溶液中，開路攪拌富集20 s后，在-0.2～0.6 V電位掃描范圍內以100mV/s的掃描速率掃描，記錄循環(huán)伏安曲線，測量電流-電位圖上氧化還原峰的峰電流.每次掃描結束后，將電極置于空白底液中循環(huán)掃描至無峰，濾紙吸干后，即可再生.

2 結果與討論

2.1 L-Cys在玻碳電極上的修飾

實驗考查了不同修飾劑濃度、pH、掃描速率及電位范圍對DA的電催化作用的影響.結果表明:當修飾底液 pH 為 6.684、L-Cys濃度為0.01mol/L、電位范圍為 -0.8 ～0.6 V、掃描速率為100mV/s時，隨著掃描周數的增加，DA的氧化峰和還原峰的峰電流都同時逐漸增加.這充分說明L-Cys逐漸被修飾到玻碳電極表面形成了一層薄膜，因而才會對DA產生明顯的電催化作用，并且其電催化作用也越來越強.掃描次數為10周時，所得修飾電極最佳.

2.2 DA在L-Cys/GC電極上的電化學行為

圖1為3.0×10-4mol/L DA 在 PBS(pH=6.684)中，在L-Cys/GC電極(a)和裸GC電極(b)上的CV曲線.圖1表明，在b電極上，DA出現(xiàn)了一對極其微弱的類似于“饅頭”的氧化還原峰，峰電流很低;而在a電極上，則出現(xiàn)了一對明顯的氧化峰和還原峰，峰電流比值略大于1，峰電位分別約為 Epa=0.180 V、Epc=0.125 V，峰電位差△E=55mV.根據可逆體系中△E=Epa-Epc=0.059 V/n可得，DA在電極表面發(fā)生的電子轉移數目n為1，與文獻［9］報道的結果一致.這就說明了L-Cys薄膜加速了DA在玻碳電極表面電子轉移的速率，從而起到對DA優(yōu)良的電化學催化作用，即是L-Cys膜對DA的電化學反應起到了明顯的促進作用，比其在裸GC電極上更容易發(fā)生電化學反應.

圖1 DA在L-Cys/GC電極和裸GC電極上的循環(huán)伏安曲線

2.3 電化學測試條件的選擇與優(yōu)化

2.3.1 緩沖體系的選擇

實驗分別考察了鄰苯二甲酸氫鉀、NaAc-HAc、混合磷酸鹽、四硼酸鈉等緩沖體系.結果顯示，在混合磷酸鹽緩沖體系中，DA在修飾電極上的峰形最好，峰電流穩(wěn)定，且電極重現(xiàn)性也很好.因此本實驗選擇0.1mol/L PBS體系作為緩沖介質.

2.3.2 pH值的選擇

考察了修飾玻碳電極在pH為4.0～9.0的磷酸鹽緩沖溶液體系中的影響.結果如圖2所示，當pH為6.864時，峰電流達到最大值.同時，就DA的氧化反應過程而言，電化學反應進行的效果明顯優(yōu)于還原反應過程.故實驗選用pH為6.864的PBS緩沖溶液作為測試介質的最佳pH值.

圖2 DA的氧化峰峰電流與pH值的關系

2.3.3 富集時間的選擇

含有5×10-4mol/L的 DA在 pH=6.864的PBS緩沖溶液體系中，分別攪拌富集1、5、10、20、30 s的修飾電極作為工作電極，結果發(fā)現(xiàn)，在-0.3～0.6 V電位范圍，隨著富集時間的增加峰電流也在逐漸增大，但20 s以后，峰電流趨于穩(wěn)定，在20 s所得循環(huán)伏安曲線峰型最好、峰電流最大.故實驗選擇富集時間為20 s.

2.4 實驗測定線性范圍和檢出限

在最佳實驗條件下，對于DA的氧化過程，測定得出DA的氧化峰電流(Ipa)與其濃度在1×10-3～1.0×10-6mol/L范圍呈現(xiàn)出良好的線性關系，如圖3所示，其線性回歸方程Ipa(μA)=-9.80379 logC(DA)+59.40981，相關系數 R2=0.99231.最低檢出限可低至 1.0 ×10-7mol/L(S/N=3).

圖3 陽極氧化峰電流與DA濃度的關系

2.5 電極的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性

實驗中，將優(yōu)化條件下制得的修飾電極每次用于DA的測定后，保存在pH=6.864的PBS緩沖溶液中再用于對DA的測定，響應信號仍然保持在98.5%以上，說明該方法制得的L-Cys/GC電極具有良好的穩(wěn)定性.用此修飾電極對1×10-4mol/L的多巴胺重復測定50次，峰電流基本保持不變，其相對標準偏差約為2.5%，表明此電極用于DA的測定具有良好的重現(xiàn)性.

3 結論與展望

在實驗中，采用循環(huán)伏安法制備了L-Cys/GC電極，研究了DA在L-Cys/GC電極上的電化學行為，并利用該電極對微量DA進行測定.結果表明，L-Cys/GC電極表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，測定DA的靈敏度高，線性范圍寬，檢出限低，可望將其進一步微型化發(fā)展為超微電極或微電極，應用于實際樣品或者生物活體內的神經遞質DA的測定及相關研究.

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