基于石墨烯纳米材料对异槲皮苷的电化学检测

2021-11-12杜学勤孙慧敏张国娟

山西化工 2021年5期

薛琼，杜学勤，孙慧敏，张国娟

(1.山西药科职业学院药学系，山西太原 030031；2.山西农业大学化学系，山西太原 030801)

引言

异槲皮苷别名槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖苷，属于天然黄酮类化合物，大量存在于水果、蔬菜和中草药中。根据现代研究表明[1]，异槲皮苷有许多重要的生理活性和药理活性，如，抗氧化抗炎[2]、抗肿瘤及抗突变[3]、抗菌抗病毒[4]、降血压降血脂、降血糖[5]、抗动脉粥样硬化[6-7]、促进骨折后愈合[8]等。基于以上异槲皮苷的药理作用，目前已有异槲皮苷复方制剂应用于临床。异槲皮苷的定量检测方法有高效液相色谱法[9]、高效液相色谱-质谱联用[10]等，与上述两种方法相比，电化学灵敏、简便、仪器易携带，可用于现场测定。但是，由于异槲皮苷在裸玻碳电极上的氧化还原反应比较困难，所以本文合成了PVP功能化的还原氧化石墨烯纳米材料，并用DPV对异槲皮苷进行定量检测。

1 实验部分

1.1 实验试剂

氧化石墨粉(Alfa Aesar)；氨水(质量分数，25%～28%)、水合肼(质量分数，50%)、PVP，北京化学试剂厂；异槲皮苷，中国生物制药研究所；PBS缓冲(KH2PO4，Na2HPO4)，为工作缓冲。实验中所有的试剂均为分析纯，水为高纯水。

1.2 仪器设备

CHI660C电化学工作站，辰华仪器公司，上海；辅助电极铂丝，工作电极为玻碳电极(GCE，直径为3 mm)，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。

1.3 纳米材料PVP-Gr的合成

首先，按照Hummers[11]的方法合成氧化石墨烯(GO)，并将GO超声分散得到1.0 mol/L的GO水溶液。其次，按照Liu[12]的方法合成PVP-Gr：1) 在具塞三角瓶中分别加入2.5 mL 1.0 mg/mLGO溶液、2.5 mL 1.0 mg/mL PVP和4.89 mL高纯水，混匀，边搅拌边缓慢加入氨水100 μL，80%水合肼10.0 μL，持续搅拌5 min；2) 将具塞三角瓶置于水浴锅(60 ℃)中加热3.5 h，即得到黑色悬浮液。3) 将得到的黑色悬浮液离心(8 000 r/min)10 min，用高纯水洗涤沉淀，重复2次，并将沉淀用高纯水超声稀释到0.5 mg/mL，即得到成PVP-Gr。

1.4 构建电化学传感界面

1) 用粒径为1.0、0.3、0.05 μm的氧化铝粉依次对玻碳电极表面进行抛光打磨，并在每次打磨之后依次用体积比为1:1的硝酸丙酮溶液、高纯水超声清洗，用氮气吹干备用。2) 将4.5 μL 0.5 mg/mL PVP-Gr修饰在玻碳电极表面，用红外灯烤干，得到PVP-Gr/GCE。

1.5 电化学检测异槲皮苷

将修饰好的PVP-Gr/GCE电极浸在含有不同浓度异槲皮苷的PBS缓冲溶液中，富集一定的时间，用DPV在室温下扫描异槲皮苷的峰电流信号，进而检测异槲皮苷的含量与峰强度之间的关系。

2 结果与讨论

2.1 纳米材料PVP-Gr的表征

图1为异槲皮苷在不同电极上的循环伏安表征。异槲皮苷在PBS缓冲中有一对很好的氧化还原峰，PVP-Gr/GCE上的峰明显比裸电极强，说明纳米材料PVP-Gr有很好的导电性。

图1 异槲皮苷在pH为3.0 PBS缓冲中的循环伏安图

2.2 实验条件的优化

缓冲溶液的pH、材料的修饰量和富集时间对PVP-Gr/GCE传感器的灵敏度有很大的影响。在本实验中用DPV对实验条件进行优化。

2.2.1 pH的考察

根据文献报道[13]，异槲皮苷在PBS缓冲中能呈现出良好的峰型和峰电流。图2考察了不同pH的PBS缓冲中异槲皮苷的峰电流强弱，当pH从2到4变化，pH=3.0时异槲皮苷的峰电流达到最大值。因此，在本实验中选择用pH=3.0的PBS作为缓冲溶液。

图2 不同pH的PBS缓冲中异槲皮苷在PVP-Gr/GCE上的峰电流

2.2.2 纳米材料PVP-Gr修饰量的考察

图3为在电极上修饰不同体积的纳米材料PVP-Gr。当PVP-Gr的体积从3.0 μL增大至4.5 μL，峰电流随着PVP-Gr体积的增加而增加，之后峰电流几乎保持不变。所以，选择修饰量为

图3 PVP-Gr的不同修饰量对异槲皮苷峰电流的影响

4.5 μL。

2.2.3 富集时间的考察

图4为对材料富集时间的考察。随着富集时间的增加，异槲皮苷的峰电流也在随着增加，在15 min之后不再增加。因此，选择15 min为最佳富集时间。

图4 PVP-Gr的不同富集时间对异槲皮苷峰电流的影响

2.3 DPV对异槲皮苷的定量检测

在优化条件的基础上，在PBS缓冲溶液中，在PVP-Gr/GCE的表面对异槲皮苷进行定量检测，如第61页图5。在1.0×10-10mol·L-1～5.0×10-7mol·L-1范围内异槲皮苷的峰电流随着浓度的增加而增加，电信号与浓度的对数呈线性相关(第61页图6)，线性回归方程为Ip(μA)=66.69+5.09C(μM)(R2=0.996 1)，检出限为8.0 mol·L-1×10-11mol·L-1，信噪比S/N=3，灵敏性较好。