基于双层纳米金修饰传感器的应用研究

牛凌梅，张玉娜，连靠奇，石红梅，康维钧*

（1.河北医科大学公共卫生学院，河北石家庄050017）

（2.河北医科大学第四医院内分泌科，河北石家庄050011）

基于双层纳米金修饰传感器的应用研究

牛凌梅1，张玉娜2，连靠奇1，石红梅1，康维钧1*

（1.河北医科大学公共卫生学院，河北石家庄050017）

（2.河北医科大学第四医院内分泌科，河北石家庄050011）

制备了由聚番红花红和DNA固定的双层三维分布的纳米金修饰的玻碳电极，在此基础上研究了多巴胺（DA）在此修饰电极上的电化学行为，发现对DA的氧化，双层纳米金比单层的纳米金修饰的玻碳电极更能够起到明显的电催化作用。利用差分脉冲法（DPV）考察了DA测定的优化条件，并发现其浓度在1.0×10-8～1.0×10-6mol/L范围内与峰电流呈良好的线性关系。该电极用于实际样品的测定，结果满意。

纳米金；玻碳电极；多巴胺

0 引言

多巴胺（DA）是存在于哺乳动物中枢神经系统中的一种重要的神经递质,它浓度异常时可导致多种疾病，例如帕金森氏病和精神分裂症[1]。因此，能够快速、灵敏的测定多巴胺具有重要的实际意义。已报道测定多巴胺的方法有很多，例如光谱法[2]，质谱法[3]，荧光法[4]，化学发光法[5]，毛细管电泳法[6]，色谱法[7]，以及电化学方法[1,8~9]等。该文则利用番红花红聚合膜和DNA来固定双层纳米金(GNPs)，呈三维分布的纳米金修饰的玻碳电极来测定多巴胺，建立了定量测定多巴胺的新方法。

1 实验部分

1.1 试剂

番红花红 （SFR）购于上海化学试剂有限公司；DA（Fluka公司）储备液：0.01 mol/L；氯金酸购于国药化学试剂有限公司；DNA（1 mg/mL）购于Sigma公司以50 mmol/L tris-HCl(pH7.00)和20 mmol/L NaCl溶解，4℃储存。实验中使用二次水，其它试剂均为分析纯。所有实验均在室温下进行（约为25℃）

1.2 仪器

CHI850C（上海辰华仪器有限公司）；电极采用三电极系统：铂丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，工作电极为裸玻碳电极（GCE）或纳米金修饰的玻碳电极。所有电位均相对于Ag/AgCl参比电极而言。

2 结果与讨论

2.1 纳米金修饰电极的制备

将裸玻碳电极置于Al2O3粉末的悬浆之中进行打磨至镜面，取出，依次用1∶1的HNO3、1∶1的丙酮、二次蒸馏水，各超声清洗5 min，氮气吹干。参照文献[10]，将聚番红花红修饰好的电极（poly (SFR)/GCE）浸入到纳米金溶液中10 h，取出，用蒸馏水冲洗干净，得到单层纳米金修饰电极（GN/ poly(SFR)/GCE）。再将此电极浸入DNA(1mg/mL)溶液中2 h，取出，冲洗干净，即为DNA纳米金修饰电极（DNA/GN/poly(SFR)/GCE）。最后，将此修饰电极再次浸入到纳米金溶液中2 h，取出，即可制得双层三维分布的纳米金修饰传感器（GN/ DNA/GN/poly(SFR)/GCE）。

2.2 DA在GN/DNA/GN/poly(SFR)/GCE上的电化学响应

图1 裸玻碳电极（a）与GN/DNA/GN/poly(SFR)/GCE（b, c）在DA（a，b）及空白溶液（c）中的差分脉冲伏安曲线；DA浓度：3.0×10-7mol/L；pH6.0Fig.1 DPVs at bare GC electrode(a)and GN/DNA/GN/ poly(SFR)/GCE(b,c)in the presence(a，b)and absence(c) of DA solution;Concentration:3.0×10-7mol/L;pH6.0

利用差分脉冲法研究了DA在裸玻碳及修饰电极上的电化学响应。由图1可以看出，在裸玻碳电极（a）表面，DA的氧化峰电流为3.193×10-7A。而在双层纳米金修饰的玻碳电极（b）表面，DA的峰电流却大大增加（1.318×10-6A），说明在修饰电极表面，DA的氧化变得更加容易。这可能是由于纳米金是电子的良导体，能够加速电子的传递，从而使得峰电流大大提高。

2.3 各层修饰膜浸泡时间对DA测定的影响

图2 各层修饰膜浸泡时间对DA测定的影响；a：第一层纳米金膜；b：DNA修饰膜；c：第二层纳米金膜；DA浓度：4.0×10-7mol/LFig.2 Effect of accumulation time of each layer on the determination of DA;a:the first layer of GNPs;b:DNA monolayer;c:the second layer of GNPs;DA concentration: 4.0×10-7mol/L

实验中研究了各层修饰膜对DA测定的影响。如图2（a）所示，随着在纳米金溶液中浸泡时间的延长，所吸附的纳米金亦随之增加。结果，由于修饰电极对DA的氧化能力逐渐增加而导致了DA在此修饰电极上的氧化电流也随之增大。但当时间超过10 h后，氧化电流趋于平缓（2.2×10-6A），说明吸附的纳米金已趋于饱和。因此，选用10 h作为第一次纳米金的浸泡时间。但由于DNA对DA的氧化没有电催化能力，故随着在DNA中浸泡时间的延长，DA的氧化峰电流随之降低，如图2（b）所示。在浸泡2 h后，DNA吸附达到了饱和，因此选用2 h作为DNA的浸泡时间。虽然此时DNA修饰的电极有最低的电催化活性，但它却可以吸附最多的纳米金。随着再次浸入纳米金溶液时间的延长，DA的氧化峰电流又继续上升，直至浸泡2 h后趋于饱和，从而达到DA的最大氧化峰电流（3.5×10-6A）（图2（c））。相对于单层纳米金修饰的电极，其电流增长了59%。

2.4 溶液pH值对DA测定的影响

在不同pH值的磷酸缓冲溶液中研究了支持电解质对DA测定的影响（图3）。结果发现，DA的氧化峰随着溶液pH值的增加而逐渐增加，并在pH6.0处达到最大值，之后逐渐减小。这可能是因为DA（pKa=8.9）在pH小于8.9时呈质子化状态，且随着pH的减小，与带负电的纳米金粒子之间的静电作用力亦随之增加。但当pH小于6.0时，由于DA的不稳定性而使得浓度减少从而导致峰电流降低。故该实验中选用pH6.0缓冲溶液作为支持电解质。

图3 不同pH缓冲溶液对于DA测定的影响DA：4.0×10-7mol/LFig.3 Effect of pH on the determination of DA. Concentration of DA:4.0×10-7mol/L

2.5 分析应用

利用差分脉冲法 （DPV）研究了DA在GN/ DNA/GN/poly(SFR)修饰电极上的线性关系（图4）。发现DA的氧化峰电流在1.0×10-8mol/L~ 1.0×10-6mol/L范围内均随着其浓度的增加而线性增加，检出限达到6.0×10-9mol/L。其线性方程为ip=1.134 0+3.490 4c(r:0.995 1,c:10-7mol/L，ip：10-7A)。利用此电极对多巴胺注射（1.00 mg/mL）中的DA进行了测定。结果如表1中所示。根据测定结果可得样品中多巴胺的含量为0.99 mg/mL。

表1 针剂样品中不同浓度多巴胺的测定结果Tab.1 Results for the determination of DA in injection

2.6 纳米金修饰电极的稳定性

在3.0×10-7mol/L的DA溶液中考察了纳米金修饰电极的稳定性。20次连续测定之后，DA峰电流的改变在3%之内，将此修饰电极置于磷酸缓冲溶液（pH7.0）中60 d后，仍保留90%的电催化活性。以上结果均表明此修饰电极有着很好的稳定性。

2.7 干扰物测定

研究了各种干扰物对浓度为3.0×10-7mol/L DA测定的影响。在相对误差5%的限度之内，500倍的Na+、Cl-、K+、Mg2+、Ca2+，50倍的L-赖氨酸、葡萄糖、L-天门冬酰胺，20倍的谷氨酸、甘氨酸、胱氨酸、NADH对于测定不产生干扰，说明此修饰电极有很好的选择性。

图4 DA不同浓度的差分脉冲曲线DA浓度（10-7mol/L）：(1)0.2(2)0.3(3)0.4(4)0.5(5)0.6 (6)0.7(7)0.8(8)0.9(9)1.0(10)2.0(11)3.0(12)4.0(13) 5.0(14)6.0(15)7.0(16)8.0(17)9.0(18)10.0Fig.4 DPVs of DA at different concentrations Concentration of DA(10-7mol/L):(1)0.2(2)0.3(3)0.4(4) 0.5(5)0.6(6)0.7(7)0.8(8)0.9(9)1.0(10)2.0(11)3.0 (12)4.0(13)5.0(14)6.0(15)7.0(16)8.0(17)9.0(18)10.0

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Study of biosensor and application of double layer of gold nanoparticles modified glassy carbon electrode

Niu Ling-mei1,Zhang Yu-na2,Lian Kao-qi1,Shi Hong-mei1,Kang Wei-jun1*
(1.School of Public Health,Hebei Medical University,Shijiazhuang 050017,China）
(2.Division of endocrinology,The Fourth Hospital of Hebei Medical University,Shijiazhuang 050011,China)

The three-dimensional distributed gold nanaoparticles(GNPs),which were anchored with poly(safranine T)and DNA,modified electrode was prepared.Based on the above,the electrochemical behavior of dopamine(DA) at this modified electrode was investigated.It was found that the double layer of GNPs modified electrode shows a better electrocatalytic activity for the oxidation of DA than that at single layer of GNPs.The optimum conditions of DA determination were studied by differential pulse voltammetry(DPV)and it was found that the linear relationship between peak current and concentration was in the linear range of 1.0×10-8～1.0×10-6mol/L.The modified electrode can be applied to the determination of DA in the practical injection samples with satisfactory results.

gold nanoparticles;glassy carbon electrode;dopamine

国家自然科学基金（No.81172722，81273128）项目资助

*通讯联系人,E-mail:kangwj158@hotmail.com，Tel：0311-86261043