一种黑色素纳米微球－石墨烯电化学传感器及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种黑色素纳米微球－石墨烯纳米复合材料修饰的电化学传感器，它主要包括玻碳电极表面涂有黑色素纳米微球－石墨烯敏感膜；基于黑色素纳米微球－石墨烯纳米复合材料修饰的电化学传感器的制备；用于鸟嘌呤和腺嘌呤的同时、灵敏检测。本发明电化学传感器的制备材料为全固态的、不含对人体有毒的、污染环境的无机纳米材料，制备方法简单、快速、成本低。制备的电化学传感器具有稳定性好、灵敏度高、重现性好等优点。利用该传感器可实现鸟嘌呤和腺嘌呤的同时、灵敏检测，其检出限分别达到1×10-7mol/L和5×10-8mol/L，二者氧化峰电位的差值达到0.316V。
【专利说明】—种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器及其制备方法
和应用
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及电化学传感器领域和电分析化学领域，具体为一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0003]脱氧核糖核酸在生物体内遗传信息的存储和蛋白质的生物合成方面起着至关重要的作用。鸟嘌呤(Guanine)和腺嘌呤(Adenine)是脱氧核糖核酸的重要组成部分,在细胞能量转移和酶催化的信号传递等生命过程中都起着重要作用。它们广泛地影响着冠状动脉和脑循环中血液流量的控制、心律失常的预防、抑制性神经递质的释放以及腺苷酸环化酶活性的调制。鸟嘌呤和腺嘌呤的异常变化表明有机体内免疫系统的缺陷和突变，并可能导致产生各种疾病。鸟嘌呤和腺嘌呤的浓度水平是用于评估癌症和爱滋病诊断、心肌细胞能量状态、疾病进展和治疗响应的重要参数。因此鸟嘌呤和腺嘌呤的定量检测和分析都显得至关重要。
[0004]目前，文献报道嘌呤碱基的定量检测方法主要有高效液相色谱、毛细管电泳。光谱法、化学发光、质谱等方法。但是这些方法不但费时费力，操作繁琐，普遍灵敏度不高，而且需要专门的仪器设备和昂贵的试剂。电化学传感技术具有仪器简单价廉、测定快速准确、方法灵敏、准确度高、选择性和重现性较好、稳定性和抗干扰能力强、样品不需经过预处理可直接测定等优点，具有广阔的应用前景。因此，发展简单、快速、高灵敏的嘌呤碱基定量检测的电化学传感新方法已经显得十分迫切。
[0005]石墨烯是一种新型的单层原子厚度的二维碳纳米材料，它是由SP2杂化碳原子形成的单层的六方蜂巢状二维结构。石墨烯的特殊结构使其表现出许多优异的性质，如良好的导电性能、较大的表面积、化学和物理稳定性以及较强的机械强度，同时它还具有成本低廉、可加工性强等优点，使它在导电材料、催化材料、储能材料和纳米电子器件等领域具有广阔的应景。目前，已有不少基于石墨烯纳米复合材料制备技术及其应用的报道。
[0006]黑色素是广泛存在于生物体中的生物聚合物，且具有独特的功能，主要包括:保护人体和动物免受紫外线的伤害、抗菌、温度调节、自由基猝灭和参与一些神经系统的活动。黑色素胶状纳米微球完全由自然生成的多巴胺-黑色素组成，其合成方法简单高效。黑色素胶状纳米微球与天然存在的黑色素在性质及结构方面有许多相似之处，对人体的毒副作用较小，因此已经成为治疗活体癌细胞的有效方法。已有文献报道，黑色素胶状纳米微球可作为有效的近红外光热治疗试剂用于人体内癌症的光热治疗，其在癌症的早期诊断和有效治疗方面具有重要作用。但对于黑色素胶状纳米微球的电化学性质研究几乎没有报道。
[0007]因此，提供一种将黑色素胶状纳米微球和石墨烯的优点结合起来将黑色素胶状纳米微球一石墨烯纳米复合物，将其用于构建新型电化学传感器，同时用于鸟嘌呤和腺嘌呤的快速、同时检测，并提高检测灵敏度的电化学传感器，已经是一个值得研究的问题。
【发明内容】
[0008]为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种能同时检测鸟嘌呤和腺嘌呤的高灵敏的全固态电化学传感器及其制备方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，包括玻碳电极及其表面涂有的敏感膜，玻碳电极基底表面涂有黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合材料敏感膜。
[0010]所述的黑色素纳米微球一石墨烯敏感膜的制备方法为:称取I?10 mg的黑色素纳米微球固体和I?10 mg的石墨烯固体超声均勻分散在10?20 mL的二次蒸懼水中。
[0011]所述的黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，其特征在于其制备方法，包括以下步骤:
(1)玻碳电极预处理；
(2)将黑色素纳米微球和石墨烯固体溶入二次蒸馏水中经超声分散得到浓度为0.1?I mg/mL的均勻分散液；
(3)将步骤(2)中得到的分散均匀的黑色素纳米微球一石墨烯分散液滴涂到步骤(I)中预处理过的玻碳电极表面，氮气流干燥得到黑色素纳米微球一石墨烯纳米材料修饰玻碳电极。
[0012]步骤(I)中玻碳电极预处理过程为:用抛光粉对玻碳电极进行打磨，然后在无水乙醇和二次蒸馏水中进行超声清洗。
[0013]步骤(2)中黑色素纳米微球一石墨烯分散液的浓度为0.1?I mg/mL，滴涂到玻碳电极表面的黑色素纳米微球一石墨烯分散液的体积为5?10微升。
[0014]传感器可用于同时、高灵敏检测鸟嘌呤和腺嘌呤，测定介质为0.1 mol/L醋酸盐缓冲溶液(pH 4.5);采用差分脉冲伏安法(DPV)，其测定参数为:脉冲振幅0.05 V，脉冲周期
0.5 S，电位扫描范围:0.5?1.5 V。
[0015]积极有益效果:
(1)使用价格低廉的碳材料制备电极敏感物质，制备材料为全固态，对人体无毒、对环境无污染；
(2)采用黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合物作为敏感材料，可以获得高灵敏度的敏感膜，实现了鸟嘌呤和腺嘌呤的同时测定；
(3)制备的传感器稳定性好、灵敏度高、选择性好、便于携带、成本较低；
(4)鸟嘌呤和腺嘌呤的检出限分别达到IX10_7 mol/L和5X10_8 mol/L，二者氧化峰电位的差值达到0.316 V。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为黑色素纳米微球的扫描电镜图；
图2为黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合物的扫描电镜图；
图3为鸟嘌呤和腺嘌呤在不同修饰电极上的差分脉冲伏安图；
其中曲线a为裸玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的差分脉冲伏安图，曲线b为石墨烯修饰的玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的差分脉冲伏安图，曲线C为黑色素纳米微球修饰的玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的的差分脉冲伏安图，曲线d为黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合物修饰的玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的的差分脉冲伏安图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例，对本发明做进一步的说明:
一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，包括玻碳电极及其表面涂有的敏感膜，玻碳电极基底表面涂有黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合材料敏感膜。
[0018]所述的黑色素纳米微球一石墨烯敏感膜的制备方法为:称取I?10 mg的黑色素纳米微球固体和I?10 mg的石墨烯固体超声均勻分散在10?20 mL的二次蒸懼水中。
[0019]所述的黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，其特征在于其制备方法，包括以下步骤:
(1)玻碳电极预处理；
(2)将黑色素纳米微球和石墨烯固体溶入二次蒸馏水中经超声分散得到浓度为0.1?
Img/mL的均勻分散液；
(3)将步骤(2)中得到的分散均匀的黑色素纳米微球一石墨烯分散液滴涂到步骤(I)中预处理过的玻碳电极表面，氮气流干燥得到黑色素纳米微球一石墨烯纳米材料修饰玻碳电极。
[0020]步骤(I)中玻碳电极预处理过程为:用抛光粉对玻碳电极进行打磨，然后在无水乙醇和二次蒸馏水中进行超声清洗。
[0021]步骤(2)中黑色素纳米微球一石墨烯分散液的浓度为0.1?I mg/mL，滴涂到玻碳电极表面的黑色素纳米微球一石墨烯分散液的体积为5?10微升。
[0022]传感器可用于同时、高灵敏检测鸟嘌呤和腺嘌呤，测定介质为0.1 mol/L醋酸盐缓冲溶液(pH 4.5);采用差分脉冲伏安法(DPV)，其测定参数为:脉冲振幅0.05 V，脉冲周期
0.5 S，电位扫描范围:0.5?1.5 V。
[0023]实施例1
本发明黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，包括玻碳电极及其表面涂有的敏感膜，玻碳电极基底表面涂有多巴胺一黑色素纳米微球敏感膜；
黑色素纳米微球一石墨烯敏感膜由I mg的黑色素纳米微球固体和I mg石墨烯固体超声均匀分散在20 mL的二次蒸馏水中得到；
黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器制备方法:将黑色素纳米微球和石墨烯固体溶入二次蒸馏水中经超声分散得到浓度为0.1 mg/mL的均匀分散液，玻碳电极预处理后，将5微升的黑色素纳米微球一石墨烯分散液滴涂到其表面，氮气流干燥得到黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极。
[0024]实施例2
本发明黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，包括玻碳电极及其表面涂有的敏感膜，玻碳电极基底表面涂有多巴胺一黑色素纳米微球敏感膜；
黑色素纳米微球一石墨烯敏感膜由5 mg的黑色素纳米微球固体和5 mg石墨烯固体超声均匀分散在20 mL的二次蒸馏水中得到；
黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器制备方法:将黑色素纳米微球和石墨烯固体溶入二次蒸馏水中经超声分散得到浓度为0.5 mg/mL的均匀分散液，玻碳电极预处理后，将8微升的黑色素纳米微球一石墨烯分散液滴涂到其表面，氮气流干燥得到黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极。
[0025]实施例3
本发明黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，包括玻碳电极及其表面涂有的敏感膜，玻碳电极基底表面涂有多巴胺一黑色素纳米微球敏感膜；
黑色素纳米微球一石墨烯敏感膜由10 mg的黑色素纳米微球固体和10 mg石墨烯固体超声均匀分散在20 mL的二次蒸馏水中得到；
黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器制备方法:将黑色素纳米微球和石墨烯固体溶入二次蒸馏水中经超声分散得到浓度为I mg/mL的均匀分散液，玻碳电极预处理后，将10微升的黑色素纳米微球一石墨烯分散液滴涂到其表面，氮气流干燥得到黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极。
[0026]实施例4
黑色素纳米微球的表征:图1为黑色素纳米微球的扫描电镜图，从图可以看出，制备的黑色素纳米微球为粒径约为200 nm左右的球状结构。图2为黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合材料的扫描电镜图，从图可以看出，球状的黑色素胶状纳米微球紧密的嵌在石墨烯的片状结构中，说明成功地制备了纳米复合材料。
[0027]实施例5
如图3所示，本发明黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器用于同时、灵敏检测鸟嘌呤和腺嘌呤，测定介质为0.1 mol/L醋酸盐缓冲溶液(pH 4.5);采用差分脉冲伏安法(DPV)，其测定参数为:脉冲振幅0.05 V，脉冲周期0.5 S，电位扫描范围:0.5?1.5 V。
[0028]其中曲线a为裸玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的差分脉冲伏安图，曲线b为石墨烯修饰的玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的差分脉冲伏安图，曲线c为黑色素纳米微球修饰的玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的的差分脉冲伏安图，曲线d为黑色素纳米微球一石墨烯纳米复合物修饰的玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤同时测定的的差分脉冲伏安图。
[0029]从图中可知，相对于裸玻电极、石墨烯和黑色素纳米微球修饰的玻碳电极，鸟嘌呤和腺嘌呤在黑色素纳米微球一石墨烯复合物修饰的玻碳电极上的电化学响应得到了显著的提高，峰形最好，二者氧化峰电位的差值达到0.316 V，说明该修饰电极可用于鸟嘌呤和腺嘌呤的同时检测。
[0030]以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
【权利要求】
1.一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，包括玻碳电极及其表面涂有的敏感膜，其特征在于:玻碳电极基底表面涂有的敏感膜为黑色素纳米微球一石墨烯复合材料敏感膜。
2.根据权利要求1所述的一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，其特征在于，所述的黑色素纳米微球一石墨烯敏感膜的制备方法为:称取I?10 mg的黑色素纳米微球固体和I?10 mg的石墨烯固体超声均勻分散在10?20 mL的二次蒸懼水中。
3.如要求I所述的一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，其特征在于其制备方法，包括以下步骤: (1)玻碳电极预处理； (2)将黑色素纳米微球和石墨烯固体溶入二次蒸馏水中经超声分散得到浓度为0.1?I mg/mL的均勻分散液； (3)将步骤(2)中得到的分散均匀的黑色素纳米微球一石墨烯分散液滴涂到步骤(I)中预处理过的玻碳电极表面，氮气流干燥得到黑色素纳米微球一石墨烯纳米材料修饰玻碳电极。
4.根据权利要求3所述的一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器的制备方法，其特征在于:所述的步骤(I)中玻碳电极预处理过程为:用抛光粉对玻碳电极进行打磨，然后在无水乙醇和二次蒸馏水中进行超声清洗。
5.根据权利要求3所述的一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器的制备方法，其特征在于:所述的步骤(2)中黑色素纳米微球一石墨烯分散液的浓度为0.1?I mg/mL，滴涂到玻碳电极表面的黑色素纳米微球一石墨烯分散液的体积为5?10微升。
6.如权利要求1所述的一种黑色素纳米微球一石墨烯电化学传感器，其特征在于其应用:用于同时、灵敏检测鸟嘌呤和腺嘌呤，测定介质为0.1 mol/L醋酸盐缓冲溶液(pH 4.5)；采用差分脉冲伏安法(DPV)，其测定参数为:脉冲振幅0.05 V，脉冲周期0.5 S，电位扫描范围:0.5 ?1.5 V。
【文档编号】G01N27/30GK103592350SQ201310600457
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】王海波, 张红定, 黄克靖, 刘彦明 申请人:信阳师范学院