石墨烯-铜纳米粒子修饰电极电化学检测L-半胱氨酸

程原生，刘 敏，吴锁柱

（1.山西农业大学实验教学中心，山西晋中 030801；2.山西农业大学食品科学与工程学院，山西晋中 030801）

0 引言

L-半胱氨酸是生物体内一种常见的氨基酸，可参与生物体内许多重要的生化反应，如参与谷胱甘肽的合成及细胞还原过程，具有抗氧化、抗衰老、解毒等功能[1]。L-半胱氨酸也可用于食品加工中，如在面包料中，可促进其发酵、出模，防止老化；在天然果汁中，可防止VC氧化，避免果汁变褐色；在焙烤制品中，是面团改良剂的必需成分，可促进面筋形成等。因此，对L-半胱氨酸的测定具有十分重要的意义。

目前，检测L-半胱氨酸常采用分光光度法[2]、高效液相色谱法[3-4]、荧光法[5]、酶法[6]等。但这些方法大都操作复杂、价格昂贵、重复性差、选择性低，不利于快速分析。与上述方法相比，电化学分析法具有成本低、灵敏度和准确度高、分析速度快等优点，所以，国内外已建立多种对L-半胱氨酸含量测定的电化学方法[7-10]。

试验采用石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极建立一种电化学检测L-半胱氨酸方法。首先对玻碳电极进行预处理，然后在玻碳电极表面依次修饰石墨烯与铜纳米粒子。利用循环伏安法及计时电流法对L-半胱氨酸进行测定，考查了缓冲液pH值对试验测定的影响。在最优pH值条件下，研究了该修饰电极对L-半胱氨酸的响应性能。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

氧化石墨，选用南京先丰纳米材料科技有限公司产品；L-半胱氨酸、蔗糖、硝酸铝、酒石酸、葡萄糖、亚硝酸钠、氯化钙、抗坏血酸、氯化镁、氯化铁、氢氧化钠、高氯酸锂等试剂，选用上海晶纯生化科技股份有限公司产品；试验用水为去离子水。

1.2 石墨烯-铜纳米粒子修饰电极的制作

首先，用粒径为0.5 μm和0.05 μm的氧化铝抛光湿粉对玻碳电极（直径3 mm）预处理，之后在去离子水中超声清洗3 min；接着，采用之前研究的电沉积法将石墨烯修饰在电极表面[11]；最后，将石墨烯修饰电极浸入0.05 mol/L硫酸铜和0.1 mol/L硫酸钠混合溶液中沉积铜纳米粒子，沉积电位为-1.0 V，沉积时间为120 s，即可制得石墨烯-铜纳米粒子修饰电极。

1.3 L-半胱氨酸的测定

将石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极作工作电极、银-氯化银电极（3.0 mol/L氯化钾）作参比电极、铂丝为对电极，采用循环伏安法及计时电流法对L-半胱氨酸测定。

2 结果与分析

2.1 L-半胱氨酸在石墨烯-铜纳米粒子修饰电极上的电化学行为

0.1 mol/L L-半胱氨酸在裸玻碳电极上的循环电流见图1，0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯修饰的玻碳电极上的循环电流见图2，0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极上的循环电流见图3。

图1 0.1 mol/L L-半胱氨酸在裸玻碳电极上的循环电流

图2 0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯修饰的玻碳电极上的循环电流

图3 0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极上的循环电流

图1 ～图3分别为0.1 mol/L L-半胱氨酸（支持电解质为0.1 mol/L磷酸缓冲溶液，pH值7.0） 在裸玻碳电极、石墨烯修饰的玻碳电极及石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极上的循环电流图。由这些图可知，与背景信号（虚线）相比，当L-半胱氨酸存在时（实线），在3种电极上均可观察到明显的氧化峰。而且，随着石墨烯、铜纳米粒子的依次修饰，获得L-半胱氨酸的氧化峰电流信号逐渐增大。这些结果表明石墨烯和铜纳米粒子成功修饰在玻碳电极表面，且二者共同修饰对L-半胱氨酸的氧化存在协同作用。

2.2 缓冲液pH值的影响

采用循环伏安法研究了石墨烯-铜纳米粒子修饰电极对0.001 mol/L L-半胱氨酸在不同pH值（4.0～10.0）的磷酸缓冲液的响应，采集0.8 V处的峰电流值对缓冲液pH值作图。

缓冲液pH值对0.001 mol/L L-半胱氨酸峰电流的影响见图4。

图4 缓冲液pH值对0.001 mol/LL-半胱氨酸峰电流的影响

由图4可知，随着缓冲液pH值从4.0升高至10.0，峰电流值呈现先增加后降低的趋势，且在pH值7.4时达到最大。因此，后续选择pH值7.4的磷酸缓冲液进行L-半胱氨酸的测定。

lncRNA在肺癌、神经系统肿瘤、消化系统肿瘤及其他肿瘤中调节自噬可以增强化疗药物敏感性、减少耐药性；在心肌细胞及脑细胞缺血再灌注中，lncRNA通过调节自噬减少细胞凋亡；lncRNA的改变影响了神经细胞的自噬过程，找到了治疗神经退行性疾病的新方法；在细菌的感染中，lncRNA调节自噬的过程可能成为根除病原体、抵抗炎症反应的重要途径。另外，不仅局限在以上疾病中，还有研究提示，lncRNA通过调节细胞自噬影响治疗药物的敏感性，如胰岛素[31]。因此，在更多领域中进一步研究lncRNA调控自噬过程仍有许多挑战。

2.3 不同浓度L-半胱氨酸的检测

用计时电流法研究了石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极对不同浓度的L-半胱氨酸的响应（施加电位为0.8 V）。在搅拌状态下，待背景信号稳定后，将 0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0，100.0，200.0，500.0，1 000.0 μmol/L的 L- 半胱氨酸溶液依次加入背景溶液中（每隔30 s加1次，每种浓度填加5次），记录电流信号随时间的变化（图5）。

L-半胱氨酸在石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极上的计时电流图（插图为50～1 000 s时的信号放大图） 见图5。

图5 L-半胱氨酸在石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极上的计时电流图（插图为50～1 000 s时的信号放大图）

由图5可知，随着L-半胱氨酸的不断加入，电流值逐渐增大，响应时间为4～5 s，且电流与浓度在 0～4 443.5 μmol/L及 5 443.5～27 443.5 μmol/L时分别呈现良好的线性关系（相关系数分别为0.994 8，0.993 8），检出限为2×10-8mol/L。

电流与L-半胱氨酸浓度的线性拟合图见图6。

图6 电流与L-半胱氨酸浓度的线性拟合图

2.4 重现性

对0.001 mol/L L-半胱氨酸平行测定7次，获得的峰电流值的相对标准偏差为6.73%，表明该方法的重现性良好。

2.5 选择性

采用计时电流法考查了同浓度的蔗糖、葡萄糖、氯化钙、氯化镁、氯化铁、硝酸铝、酒石酸、亚硝酸钠、抗坏血酸对2×10-5mol/L L-半胱氨酸测定的影响。试验结果表明，除抗坏血酸外，同浓度的上述物质对L-半胱氨酸的检测影响可忽略不计，表明石墨烯-铜纳米粒子修饰的玻碳电极对L-半胱氨酸的测定具有良好的选择性。

3 结论

采用电沉积法依次将石墨烯和铜纳米粒子修饰到玻碳电极表面，构建了一种基于石墨烯-铜纳米粒子修饰电极电化学检测L-半胱氨酸的新方法。经研究缓冲液pH值对L-半胱氨酸检测的影响，获得最佳pH值为7.4。进一步采用计时电流法对不同浓度L-半胱氨酸进行检测，获得该方法对L-半胱氨酸的检测范围为0～0.027 mol/L，检出限为2×10-8mol/L，响应时间为4～5 s。该方法具有检测范围宽、检出限低、分析速度快、重现性好、选择性高等优点。

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