以石墨烯修飾的碳納米電極選擇性測(cè)定多巴胺研究

孫寶鋒 王佳 遲鶴 于瑩瑩（沈陽(yáng)師范大學(xué)， 遼寧 沈陽(yáng) 110000）

以石墨烯修飾的碳納米電極選擇性測(cè)定多巴胺研究

孫寶鋒 王佳 遲鶴 于瑩瑩（沈陽(yáng)師范大學(xué)， 遼寧 沈陽(yáng) 110000）

本文采用了電聚合的方法制備了桑色素/石墨烯復(fù)合來(lái)修飾電極，并對(duì)多巴胺在該修飾點(diǎn)擊上的電化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了研究。由于桑色素與石墨烯生物活性上的相互間的作用，使電極的比表面積增大了很多，因此檢測(cè)的靈敏度有了很大程度的提高，加快了很多，因而獲得了較低的檢出限和較寬的線性范圍，從而測(cè)定了多巴胺的選擇性。

分析化學(xué)；電化學(xué)；碳納米電極；石墨烯；多巴胺

1　研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)析

多巴胺（Dopamine，DA）是哺乳動(dòng)物和人類神經(jīng)中樞系統(tǒng)內(nèi)的一種非常重要的神經(jīng)遞質(zhì)，屬于兒茶酚類物質(zhì)，分子式C8H11NO2。還具有調(diào)節(jié)精神情緒、軀體的運(yùn)動(dòng)、以及調(diào)控心血管活動(dòng)的作用，這些原因?qū)е露喟桶返暮繉?huì)直接影響人體或動(dòng)植物體神經(jīng)功能的失調(diào)，如果體內(nèi)的多巴胺含量缺失，會(huì)引起精神分裂癥、帕金森綜合征和精神紊亂。除此之外，多巴胺還有興奮心臟，治療精神紊亂、支氣管哮喘、高血壓等疾病。石墨烯（GN）從物理微觀角度看是碳原子以sp2雜化后連接的單原子層構(gòu)成的新型二維納米材料，被稱為“碳材料之母”。由于石墨烯的良好的生物相容性，引起了眾多科研人員的廣泛關(guān)注和研究興趣，并且被廣泛應(yīng)用到修飾電極、化學(xué)電源、生物傳感器等領(lǐng)域。由于實(shí)驗(yàn)室中可以運(yùn)用電化學(xué)的方法來(lái)自行修飾電極，通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)制作相應(yīng)的需求電極，所以得到了廣泛的研究和應(yīng)用，此研究與其他領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)，它可以顯示出電催化、光電效應(yīng)、電色效應(yīng)、表面配合等功能。

目前測(cè)定DA的主要方法有流動(dòng)性注射化學(xué)發(fā)光法、高效液相色譜法等。DA在普通電極上的電子傳遞速率緩慢，且其本身或反應(yīng)物容易在電極表面吸附，導(dǎo)致電極表面鈍化，利用有特定功能的化學(xué)修飾電極就可以避免電極表面的污染，從而進(jìn)行電催化測(cè)定。

2　實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)試劑及儀器 儀器：三電極系統(tǒng)：輔助電極（鉑絲電極）；參比電極（飽和甘汞電極）；工作 電極（玻碳電極、桑色素/石墨烯修飾電極） 紅外燈；超聲波清洗儀試劑：桑色素；石墨烯納米片；磷酸鹽緩沖溶液；多巴胺；二次蒸餾水。

（2）石墨烯的制備 本實(shí)驗(yàn)采用的的石墨烯是通過(guò)改進(jìn)后的Hummer的方法制備的，具體方法是將氧化石墨烯分散在水中，再向所得的分散液中加入肼和氨的混合液，對(duì)其緩慢加熱至95℃，載回流1h，減壓過(guò)濾，再用洗滌，洗滌液是二次蒸餾水和甲醇的混合液，洗四次后，最后在空氣中用紅外燈干燥，即可得到石墨烯，將所得放在二次蒸餾水中保存?zhèn)溆谩?/p>

（3）修飾電極的制備 取石墨烯滴涂在用金相砂紙上打磨后再用三氧化二鋁粉拋光成鏡面，最后用水沖洗電極表面之后，室溫晾干的玻碳電極表面上，再用紅外光燈烘干，制得石墨烯修飾的玻碳電極，再將其桑色素的PBS溶液中，靜止條件下用三電極體系制得桑色素/石墨烯修飾的復(fù)合電極。

（4）碳納米管的應(yīng)用原理 經(jīng)查閱資料以及研究我們發(fā)現(xiàn)，碳納米管的化學(xué)界面的分子識(shí)別性特別低，換言之，電極選擇性非常低，但是，當(dāng)我把聚合物修飾到電極上面后，碳納米管的化學(xué)界面的分子選擇性和識(shí)別性立刻提高了很多，并且由于其特殊結(jié)構(gòu)的疏水性，時(shí)CNTs可以與一些有機(jī)化合物作用，形成新的納米結(jié)構(gòu)，基于共軛效應(yīng)，單鏈DNA可以和碳納米管進(jìn)行作用，形成納米聚合物，使它在分析化學(xué)中通過(guò)電化學(xué)方法測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)的作用擴(kuò)大了。

（5）DNA修飾CNTs的研究狀況 隨著碳納米管合成技術(shù)和純化方法的不斷完善，人們開(kāi)始對(duì)碳納米管的應(yīng)用產(chǎn)生了很大的興趣，碳納米管的化學(xué)及生物分子修飾也就具有了非常重要的意義。由于碳納米管本身不具備分子識(shí)別能力，這對(duì)與修飾電極來(lái)說(shuō)是不小的麻煩。所以要尋找一種可以有分子識(shí)別能力的物質(zhì)，修飾在碳納米管上以進(jìn)行研究。而生物體內(nèi)的DNA分子因具有堿基互補(bǔ)配對(duì)原則而具有分子識(shí)別能力，所以將DNA與碳納米管相結(jié)合，使DNA功能化碳納米管進(jìn)而解決一系列的基因疾病就成為了研究重點(diǎn)。這也為碳納米管在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。DNA在CNTs上固定方法常用的有兩種：其中一種是羧基化的CNTs與氨基化的DNA或DNA自身所帶氨基通過(guò)縮合方式進(jìn)行共價(jià)鍵合固定；另一種是通過(guò)SWCNTs壁與ssDNA之間的π-π共軛進(jìn)行非共價(jià)鍵合固定。

利用DNA-單壁碳納米管/聚苯胺（PANI）復(fù)合膜是目前最簡(jiǎn)便及有效選擇性測(cè)定多巴胺的方法之一。這種方法需要在振幅50mV，脈沖50ms，脈沖周期0.2s的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)可以看出DNA-單壁碳納米管/聚苯胺（PANI）復(fù)合膜修飾的電極上多出很多具有豐富的活性功能的基團(tuán)，這些基團(tuán)加速了多巴胺電子轉(zhuǎn)移的速率，從而增加了DA的電化學(xué)響應(yīng)。在選擇性測(cè)量多巴胺時(shí)，抗壞血酸（AA）是極大的干擾。而此修飾電極可以使DA與AA的氧化峰分離，將這種干擾降低到最低。

3　結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)采用了電聚合的方法制備了桑色素/石墨烯復(fù)合修飾電極，該復(fù)合修飾電極對(duì)多巴胺的檢測(cè)表現(xiàn)出了較高的選擇性，因?yàn)榇嬖谏Ｉ嘏c石墨烯的π-π共軛的作用，時(shí)電極的比表面積增大了，于是檢測(cè)的靈敏度也隨之提高。多巴胺的濃度與其較高的峰電流具有良好的較寬的線性關(guān)系，檢測(cè)出了較低的檢出限達(dá)到9.0×10-9mol/L。

［1］李利軍，鐘招亨，馮軍，等.流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法測(cè)定鹽酸多巴胺.分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2007，26（1）：125-127.

［2］喬坤云，高繼玲.高效液相色譜法測(cè)定尿液中兒茶酚胺類物質(zhì).分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21（2）：219-220.

孫寶鋒（1993-），男，漢族，遼寧省普蘭店市人，本科，沈陽(yáng)師范大學(xué)，研究方向：化學(xué)教育。