王 娜， 李獻(xiàn)銳， 王貝貝， 倪瑞星， 籍雪平*

(河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北石家莊 050017)

多巴胺(DA)為兒茶酚胺類化合物，它是哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)，具有調(diào)節(jié)軀體活動、精神情緒及心血管活動的作用。其含量的改變可導(dǎo)致一些重要的疾病，例如心臟病、神經(jīng)肌肉失調(diào)、帕金森氏病和精神分裂癥等[1]。因此，尋找一種快速、簡便測定DA的方法尤為重要。目前，測定DA的方法有很多，例如光譜法[2]、高效液相色譜法[3]、熒光法[4]、化學(xué)發(fā)光法[5]、電泳法[6]及電化學(xué)法[7]等。電化學(xué)方法具有簡便、快捷、靈敏度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為一種重要的分析手段。近年來，多種基于新型納米材料的電化學(xué)分析方法已被成功用于檢測DA[8]。

石墨烯(GN)是一種由單層石墨片組成的二維納米材料，它具有高的機(jī)械強(qiáng)度、大的比表面積、強(qiáng)的電子傳導(dǎo)能力以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到廣泛的關(guān)注[9]，并被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。納米金粒子(AuNPs)具有易于制備、比表面積大、導(dǎo)電性能好、催化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[10]。GN與AuNPs的復(fù)合材料兼具了各自的優(yōu)點(diǎn)，在傳感器構(gòu)建方面?zhèn)涫荜P(guān)注[11]。文獻(xiàn)曾報(bào)道[12]分步電沉積GN與AuNPs測定DA，但該方法線性范圍較窄，靈敏度較低。本研究先在Au電極表面自組裝一層硫辛酰胺(T-NH2)，然后利用電化學(xué)還原的方法在電極表面一步電沉積還原氧化石墨烯(REGO)-AuNPs，制備修飾電極。研究了DA在該修飾電極上的電化學(xué)行為，結(jié)果表明該修飾電極有效降低了多巴胺的過電位，具有靈敏度較高，線性范圍較寬，選擇性和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CHI 750電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)；DV215CD精密電子天平(OHAUS公司)；KQ2200DE超聲清洗器(昆明超聲儀器有限公司)；79HW-1恒溫加熱磁力攪拌器(江蘇榮華儀器制造有限公司)。

多巴胺(DA，阿拉丁公司)，石墨粉(光譜純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，氧化石墨烯(GO)采用Hummers and Offeman法[13]制備，硫辛酰胺(T-NH2,Aldrich化學(xué)試劑公司)，HAuCl4(43%，Sigma公司)。磷酸鹽緩沖液(PBS)由Na2HPO4和KH2PO4(分析純)配制，其余試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 修飾電極的制備

將Au電極先用Al2O3粉拋光成鏡面，然后依次用Piranha(H2SO4∶H2O2=3∶1，V/V)、乙醇和水超聲清洗。將處理好的電極在4 ℃條件下浸入10 mmol/L T-NH2的無水乙醇溶液中24 h。取出電極用無水乙醇和水進(jìn)行清洗以除去物理吸附的T-NH2，之后在電極表面滴加8 μL上述制備的GO分散液，室溫晾干后，在攪拌條件下于1.25 mmol/L HAuCl4的PBS中，利用電化學(xué)還原方法在-1.45 V電位條件下保持720 s，從而在電極表面一步電沉積ERGO-AuNPs和分步電沉積ERGO與AuNPs制備修飾電極。

1.3 測試方法

實(shí)驗(yàn)采用三電極系統(tǒng)：以ERGO-AuNPs/T-NH2修飾的Au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，選取0.1 mol/L pH=7.0的PBS為底液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電極修飾過程中的電化學(xué)表征

圖1為不同的修飾電極在5 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-溶液中的循環(huán)伏安圖?？梢钥闯雎鉇u電極(圖1a)有一對可逆性很好的氧化還原峰，峰電位之差△E為80 mV。當(dāng)裸Au電極自組裝T-NH2后(圖1b)，修飾電極表面無明顯的峰電流，表明電極表面修飾T-NH2后，阻礙了電子的傳輸。當(dāng)將REGO與AuNPs一步電沉積到修飾電極表面后(圖1c)，氧化還原峰電流明顯增大，這歸結(jié)于納米金與石墨烯大的比表面積和優(yōu)異的導(dǎo)電性，使修飾電極的電子傳輸能力大大增強(qiáng)，從而促進(jìn)了電極上的氧化還原。而分步電沉積REGO與AuNPs得到的修飾電極(圖1d)峰電流較小，說明一步電沉積得到的納米復(fù)合材料中金納米粒子嵌入到石墨烯中，會形成均勻有序的層狀結(jié)構(gòu)，而分步電沉積得到的修飾電極可能會形成比較獨(dú)立的單層，從而證明一步電沉積得到的復(fù)合納米材料具有更好的導(dǎo)電性。

2.2 掃描速度對修飾電極的影響

在10～500 mV/s掃速范圍內(nèi)，用循環(huán)伏安法研究了掃速和氧化還原峰電流的關(guān)系，在pH=7.0的PBS中3.2×10-4mol/L的DA在修飾電極上的循環(huán)伏安圖見圖2。隨著掃速的增加，氧化峰電位正移，還原峰電位負(fù)移，表明反應(yīng)的可逆性隨掃速的增大而降低。但氧化峰電流與還原峰電流均隨著掃描速度的增加而逐漸增加，氧化峰峰電流(Ipa/μA)及還原峰峰電流(Ipc/μA)分別與掃速(v/(mV/s))成線性關(guān)系，線性回歸方程分別為：Ipa=18.901+0.6219v(r=0.9976)；Ipc=-16.366-0.6396v(r=0.9961)。因此可以推測DA首先被吸附于電極表面，然后在電極表面進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。綜合電流大小和DA反應(yīng)的可逆性這兩個(gè)方面，實(shí)驗(yàn)選擇測定的掃速為50 mV/s。

圖1 裸Au電極(a)、T-NH2/Au電極(b)、ERGO-AuNPs/T-NH2/Au電極(c)和AuNPs/ERGO/T-NH2/Au電極(d)在5 mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-溶液中循環(huán)伏安圖Fig.1 Cyclic voltammograms of bare Au electrode(a),T-NH2/Au(b),ERGO-AuNPs/T-NH2/Au(c) and AuNPs/ERGO/T-NH2/Au(d) in 5 mmol/L[Fe(CN)6]3-/4 with a scan rate of 50 mV/s

圖2 修飾電極在不同掃速下的循環(huán)伏安圖(A)和掃描速度與峰電流關(guān)系圖(B)Fig.2 Cyclic voltammograms of the modified electrode at different scan rate(A) and the relationship between the peak current of modified electrode and scan rate(B) 0.1 mmol/L PBS(pH=7.0);v=10,20,50,80,100,150,200,300,500 mV/s(from inside to out).

圖3 pH對2.0×10-4 mol/L DA Ipa的影響Fig.3 Effects of pH on Ipa for 2.0×10-4 mol/L DA

2.3 pH對修飾電極的影響

用0.1 mol/L PBS配制pH=5.5～8.5的2.0×10-4mol /L DA溶液，研究pH對其峰電流的影響，如圖3所示。當(dāng)pH從5.5到7.0變化時(shí)，峰電流值先隨pH的增加而增大，并在pH=7.0時(shí)達(dá)到最大值，繼續(xù)增大pH，峰電流值又明顯減小。說明反應(yīng)的最佳pH為7.0，故以下實(shí)驗(yàn)均在pH=7.0的條件下進(jìn)行。

2.4 多巴胺在修飾電極表面的電化學(xué)響應(yīng)

圖4 裸Au電極(a)、AuNPs/T-NH2/Au電極(b)、ERGO/T-NH2/Au電極(c)、ERGO-AuNPs/T-NH2/Au電極(d)與AuNPs/ERGO/T-NH2/Au電極(e)在3.25×10-4 mol/L DA中的循環(huán)伏安圖Fig.4 Cyclic voltammograms of bare Au electrode(a),AuNPs/T-NH2/Au(b),ERGO/T-NH2/Au(c),ERGO-AuNPs/T-NH2/Au(d) and AuNPs/ERGO/T-NH2/Au(e) in 3.25×10-4 mol/L DA scan rate:50 mV/s;Inset:Magnified figures of (a).

圖4為3.25×10-4mol/L DA在不同電極上的循環(huán)伏安圖?？梢钥闯?，在裸Au電極表面出現(xiàn)一對弱的氧化峰和還原峰(圖4a)，氧化和還原峰電位分別為0.335 V和0.085 V，相差達(dá)0.25 V，峰電流較小，峰形較差。在AuNPs/T-NH2/Au修飾電極表面(圖4b)，氧化還原峰電流有所增大，氧化還原峰電位分別為0.185 V、0.135 V，相差50 mV，這是由于AuNPs增大了電極的比表面積且具有優(yōu)良的電學(xué)性能，從而增強(qiáng)了AuNPs/T-NH2/Au對DA的響應(yīng)靈敏度。在ERGO/T-NH2/Au修飾電極表面(圖4c)，峰電流進(jìn)一步增大，氧化還原峰電位分別為0.215和0.135 V，說明ERGO具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和豐富的表面官能團(tuán)，為電極表面的電化學(xué)過程提供了更多的反應(yīng)位點(diǎn)，使電子傳遞更加容易，在ERGO-AuNPs/T-NH2/Au修飾電極表面(圖4d)，其氧化還原峰電流增大到最大值，且氧化峰和還原峰電位分別移至0.205和0.135 V，氧化峰電位與裸Au電極相比降低了130 mV，表明反應(yīng)的可逆性增強(qiáng)，這是由于ERGO和納米金的協(xié)同作用加速促進(jìn)DA在電極表面的電子傳遞速率，提高了電極表面對DA的電催化作用，增大了對DA的電流響應(yīng)。而在AuNPs/ERGO/T-NH2/Au修飾電極表面(圖4e)，氧化還原峰電流較小，從而進(jìn)一步證明一步電沉積得到的復(fù)合納米材料具有更好的協(xié)同效應(yīng)。

2.5 修飾電極測定DA的線性范圍及檢出限

實(shí)驗(yàn)考察了DA的氧化峰電流與其濃度間的關(guān)系，研究結(jié)果表明氧化峰電流與DA濃度在6.49×10-6～7.62×10-3mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為：Ipa(μA)=30.086+37.749c(mmol/L)(R=0.996)，檢出限(S/N=3)為2.0×10-6mol/L。

2.6 修飾電極的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，用同一支修飾電極連續(xù)測定5.0×10-5mol/L DA溶液7次，峰電流的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為4.1%，表明修飾金電極具有良好的重現(xiàn)性。將該修飾電極放置在PBS(pH=7.0)中4 ℃保存兩個(gè)星期后，峰電流下降約9.05%，表明該電極具有較好的穩(wěn)定性。

2.7 干擾實(shí)驗(yàn)

2.8 樣品測定

取10 mg/mL的鹽酸多巴胺注射液，用水稀釋，采用建立的方法進(jìn)行測定并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 樣品分析結(jié)果

3 結(jié)論

本文采用電化學(xué)還原的方法將REGO-AuNPs電沉積到T-NH2自組裝的Au電極表面，成功制備出了ERGO -AuNPs/T-NH2修飾的Au電極，考察了該電極對DA的響應(yīng)性能，建立了測定DA的新方法。該方法對DA檢測具有較好的靈敏度、檢測成本低、快捷、簡便等優(yōu)點(diǎn)。