专利名称：碳纳米管/聚l－半胱氨酸复合修饰玻碳电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种实现血清中尿酸、多巴胺、抗坏血酸同时快速测定的碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合修饰玻碳电极的制备方法。
背景技术：
尿酸是嘌呤代谢的主要产物，人体液中尿酸浓度的不正常会引起许多疾病，如痛风症，高尿酸血等；血液中尿酸浓度过高会引起肾功能衰竭和心血管疾病等。因此，快速准确的测定体液或血液中尿酸的浓度在生物化学和临床诊断上具有非常重要的意义。现今临床上多采用酶联比色法测定，它的优点是高选择性，但受到酶活性的影响，它稳定性差、仪器价格昂贵、灵敏度低。电化学测定法因其速度快、成本低、灵敏度和准确度高等优点而引起了人们的广泛关注。但在电化学的快速测定方法中，由于受到多巴胺和抗坏血酸的干扰，一般无法直接测定尿酸。
碳纳米管自发现以来，已经引起了越来越多研究者的兴趣。由于它独特的优点，如高导电性、高比表面积、显著的机械强度和好的化学稳定性，使它在电分析、纳米电子器件、电池的电极材料等领域中得到广泛的应用。目前报道了碳纳米管型的电极有碳纳米管碳糊电极[1]，碳纳米管修饰固体电极[2-3]。L-半胱氨酸(cysteine)是自然界20种基本蛋白质的重要成分之一，具有良好的电化学活性和生物相容性。由于它的化合物在生命体系中的重要性，因此引起了研究者的兴趣。L-半胱氨酸是一个含有两性离子对的分子，是20种天然氨基酸中唯一具有巯基(-SH)基团的化合物，因而能与Au、Ag等形成Au-S、Ag-S键从而可以制成自组装修饰电极[4]，用于测定维生素B2、肾上腺素等。
电化学修饰电极能有效地降低某些氧化还原物质的过电位，从而达到分离或同时测定的目的。已有文献报道林祥钦[5]用单分子层C-氨基丁酸共价修饰玻碳电极；Zare和Aguilar等[6-8]用四溴-p-苯醌修饰碳糊电极或多壁碳纳米管凝胶膜修饰玻碳电极；利用碳粉与PVC复合电极可同时测定多巴胺、尿酸和抗坏血酸。但是已有方法中三者的电流峰分辨率有限，灵敏度不高，电极制备方法繁琐，电极修饰材料昂贵，不易得，且生物相容性不好。至今还未发现有将多壁碳纳米管与L-半胱氨酸共同修饰于玻碳电极制成复合修饰电极用于同时测定尿酸、多巴胺、抗坏血酸的文献报道。
发明内容
本发明的目的是要提供一种用于快速、稳定、灵敏、准确地测定尿酸、多巴胺、抗坏血酸的碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合修饰玻碳电极的制备方法。
本发明目的实现的技术方案是，碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合修饰玻碳电极的制备方法，是先将多壁碳纳米管经纯化后，分散于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，然后将该分散液滴加在抛光的玻碳电极表面，红外灯下烘干，再将结合碳纳米管的玻碳电极置于L-半胱氨酸-稀盐酸溶液中以循环伏安法进行电聚合，共价聚合了L-半胱氨酸的电极取出后用二次蒸馏水冲洗，制得碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰电极。
本发明的制备方法表明了碳纳米管在玻碳电极表面分散均匀，且碳纳米管与L-半胱氨酸经实验证明以共价键结合，所以修饰层相当牢固。在稀硫酸底液中，进行伏安测定，尿酸、多巴胺、抗坏血酸在该修饰电极上能出现三个良好独立的窄形伏安峰，三者的峰电位间隔依次相差可达200mV，峰分辨率高于已有方法。另外三者峰电流比裸玻碳，以及仅仅碳纳米管-玻碳电极增加明显，同时三者的检测限也高于现有方法。将该电极直接用于血清中尿酸、多巴胺和抗坏血酸的快速电化学测定，结果令人满意，具有快速、灵敏、稳定、准确、催化性高，电极使用寿命长。该电极适用于血清中尿酸和抗坏血酸的常规测定，为临床分析检测和疾病诊断提供一条新途径。因为碳纳米管和L-半胱氨酸价廉易得，所以电极修饰材料成本低，并且其生物相容性好；适合于各种生物体液的分析。该电极制作简单、实验操作方便、快速；样品使用量小，对被测人员影响小；本方法测定灵敏度和准确度高，具有很好的稳定性和重现性；电极修饰层牢固，电极寿命长达6个月以上。
图1为碳纳米管修饰玻碳电极的扫描电镜图(XL-30E，ScanningElectron Microscopy，Philips，Netherlands)(碳纳米管修饰玻碳电极的表面形貌图)；图2为碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰玻碳电极的扫描电镜图(XL-30E，Scanning Electron Microscopy，Philips，Netherlands)(碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰电极的表面形貌图)；图3为碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰玻碳电极的X射线光电子能谱图(PHI-5300/ESCA，X-ray photoelectron spectroscopy，以MgKa作为激发源)；图4为碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰玻碳电极的表面红外图谱(IFS 66/S spectrometer，Bruker，Germany)；图5为碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰玻碳电极对尿酸、多巴胺、抗坏血酸的示差脉冲伏安图；富集电位+0.00V，富集时间120s，扫速0.010V·s-1，脉冲高度0.050V，灵敏度1.0×10-5A·V-1，扫描范围0.0～1.0V，尿酸(UA)浓度为4.0×10-5mol·L-1；多巴胺(DA)浓度为1.0×10-4mol·L-1；抗坏血酸(AA)浓度为4.0×10-4mol·L-1，以饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，底液0.05mol·L-1H2SO4(25℃)。
具体实施例方式
裸玻碳电极的预处理，将玻碳电极表面分别用0.3μm、0.05μm的超细Al2O3悬浮液在丝绸上抛光，然后在二次蒸馏水中超声清洗五分钟，最后用高纯氮气吹干待用。
碳纳米管的纯化处理，将10mg多壁纳米碳管(MWNCTs)置于40mL浓HNO3中搅拌回流12h，静置，待纳米碳管沉淀完全，倾去上层清液，纳米碳管沉淀用二次水多次冲洗，直至上层清液显pH中性。将纳米碳管沉淀真空干燥24h。
碳纳米管修饰电极的制备，将酸化处理后1mg的多壁碳纳米管加入到10mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散30min，得到黑色均一的溶液(浓度为0.1mg·mL-1)。用微量进样器取2μL碳纳米管分散液，滴加在抛光的玻碳电极表面，在红外灯下烘干。从碳纳米管修饰电极的扫描电镜图(说明附图1)，可以看出碳纳米管在玻碳电极表面的分布均匀。
碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合修饰电极的制备，将修饰有碳纳米管的玻碳电极置于含0.0025mol·L-1L-半胱氨酸的0.04mol·L-1HCl溶液中，在-0.8V～2.2V(vs.SCE)电位范围内，以200mV·s-1的扫描速度循环扫描20周(CHI660B电化学工作站，铂丝为辅助电极，甘汞电极为参比电极)，然后取出用二次蒸馏水洗净即得碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰电极(MWCNTs/poly-L-cys/GCE)。从该修饰电极的扫描电镜图(说明附图2)很明显地看出聚L-半胱氨酸在碳纳米管修饰电极表面均匀地附着在碳纳米管表面。该修饰电极于0.01mol·L-1硫酸中4℃冰箱保存。
碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合膜的特性表征如图3上峰最大值为399.46eV，表明在电极表面为C-N键的结合，这与文献报道胺基阳离子基在玻碳电极表面的结合一致，同时也说明了L-半胱氨酸在MWNTs/GCE上的固定。由图4可以看出COOH基团的C＝O拉伸频率在1731cm-1，S-H的拉伸频率在2387cm-1。而1159和1232cm-1分别是玻碳电极中C与L-半胱氨酸中N结合的C-NH键和L-半胱氨酸中NH和叔碳CH结合的NH-CH键的拉伸频率。说明碳纳米管与L-半胱氨酸以共价键结合，所以修饰层牢固。
以碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合修饰电极为工作电极的三电极系统置于含尿酸、多巴胺、抗坏血酸的20.0ml 0.05mol·L-1H2SO4(25℃)底液中，在+0.0V电位搅拌富集120s，然后静止30s，电位从0.0V扫描至+1.0V，采用差示脉冲伏安法记录i-E曲线(说明附图5)，三者出峰电位分别为UA+0.71V；DA+0.52V；AA+0.32V。出峰电位相差达200mV左右，峰分辨率高，适合三者的同时测定。
权利要求
1.一种碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合修饰玻碳电极的制备方法，其特征是先将多壁碳纳米管纯化后，分散于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，然后将该分散液滴加在抛光的玻碳电极表面，红外灯下烘干，再将结合有碳纳米管的玻碳电极置于含L-半胱氨酸-稀盐酸溶液中以循环伏安法进行电聚合，共价聚合了L-半胱氨酸的电极取出后用二次蒸馏水冲洗，制得碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰电极。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管/聚L-半胱氨酸复合修饰玻碳电极的制备方法，其特征是所述的将修饰有碳纳米管的玻碳电极置于含0.0025mol·L-1L-半胱氨酸的0.04mol·L-1HCl溶液中，在-0.8V～2.2V(vs.SCE)电位范围内，以200mV·s-1的扫描速度循环扫描20周，然后取出用二次蒸馏水洗净即得碳纳米管/聚L-半胱氨酸修饰电极(MWCNTs/poly-L-cys/GCE)。
全文摘要
碳纳米管/聚L－半胱氨酸复合修饰玻碳电极的制备方法，是先将多壁碳纳米管纯化后，分散于N，N－二甲基甲酰胺溶液中，然后将该分散液滴加在抛光的玻碳电极表面，红外灯下烘干，再将结合碳纳米管的玻碳电极置于含L－半胱氨酸—稀盐酸溶液中以循环伏安法进行电聚合，共价聚合了L－半胱氨酸的电极取出后用二次蒸馏水冲洗，制得碳纳米管/聚L－半胱氨酸修饰电极。该电极制作简单，碳纳米管和L－半胱氨酸价廉易得，成本低，实验操作方便，测定灵敏度和准确度高，很好的稳定性和重现性，电极修饰层牢固，使用寿命长。适用于血清中尿酸和抗坏血酸的电化学快速测定。
文档编号G01N27/30GK1825105SQ20061003907
公开日2006年8月30日 申请日期2006年3月21日 优先权日2006年3月21日
发明者王赪胤, 邵晓秋, 刘清秀, 杨功俊, 胡效亚 申请人:扬州大学