一种检测尿酸的电化学传感器及其制备和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于电化学分析领域，具体设及一种检测尿酸的电化学传感器及其制备和 应用。
【背景技术】
[0002] 尿酸(2,4,6Ξ径基嚷岭）是核蛋白和核酸的代谢产物，健康成年人正常尿酸的水 平为血清中0.15-0.4mmol/L，尿样中250-750mg/L。人体内过量的尿酸是许多疾病的征兆， 如痛风、肾功能衰竭及高尿酸血症。此外，血液中尿酸浓度过高还会导致肾脏受损及屯、血管 疾病。临床医学证明体内尿酸含量过高易引起高脂血症、高血压、冠屯、病、糖尿病、肺屯、病 等。因此，对人体体液中尿酸的定量分析无论在药物控制方面还是在临床诊断方面都具有 重要意义。目前检测尿酸的方法有光谱法、色谱法、酶方法、电化学法等。光谱法易受样品中 存在的其它发色团的干扰;色谱法需要繁杂的样品处理过程，且仪器昂贵，使用过程要消耗 大量有机溶剂或者高纯氮气和氮气，仪器的日常维护也需要大量经费；酶方法虽然选择性 好，但酶价格昂贵，保存困难、使用条件苛刻，限制了它的使用范围。
[0003] 电化学法具有准确度和灵敏度高、响应速度快、样品前处理简单、仪器价格便宜、 便于携带、可实时在线检测等优点，因此电化学分析作为检测手段具有潜在的市场价值。尿 酸有电化学活性，可W在电极上发生不可逆的氧化反应，运也是尿酸可W用电化学传感器 进行检测的原因。利用化学修饰电极测定尿酸引起人们的极大兴趣，例如，利用去甲肾上腺 素、β-环糊精、普鲁±蓝、聚结晶紫修饰玻碳电极，硫醇自组装膜修饰金电极，纳米金修饰铜 锡氧化物电极测定尿酸。运些方法有的灵敏度不高，有的线性范围较窄（线性范围在一个数 量级左右），有的需要繁琐的电极制备过程，有的电极重现性和稳定性较差。而且运些方法 在检测尿酸时还遇到一个同样的问题，就是体液中其它共存物质干扰，尤其是抗坏血酸和 多己胺的严重干扰。因此寻找合适的修饰剂，建立灵敏度高、选择性好、线性范围宽、检出限 低的测定尿酸的新方法具有重要的意义。
[0004] 选用纳米材料制备电化学传感器是近年来的发展趋势。石墨締是一种由碳原子W SP2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维纳米材 料。它虽然结构简单，性能却很优异，主要体现在:机械强度高，可达130Gpa，是钢的100多 倍;载流子迁移率达15000cmVv · S，是娃的100倍；比表面积大，理论比表面积高达2630mV g;此外，它还具有室溫量子霍尔效应及室溫铁磁性等特殊性质，石墨締可W说是现在已知 的最为理想的纳米材料。此外，石墨締还能和大量的无机及有机材料组合成石墨締基纳米 复合材料，各组分的协同作用让石墨締基纳米复合材料拥有比单一材料更优异的性能，如 更大的表面积，更优异的导电性和更好的催化活性。
[0005] 金属氧化物纳米材料因其电催化性能好、成本低和稳定性高在构建电化学传感器 方面备受关注。氧化亚铜(化2〇)是一种典型的环境友好型P型半导体，其特殊的电子结构使 得CU2〇表现出很多优异的性能，因此CU2〇被运用于太阳能转化、裡离子电池、气体传感和光 催化等诸多领域。通过控制条件可W合成出多种不同形貌的纳米CU2〇晶体，如球形、立方 体、正八面体和线形。关于CU2〇晶体合成的报道很多，但设及到将CU2〇应用于电化学传感器 的研究还很少。目前已有部分文献报道了用CU2〇作为催化剂来检测此化、葡萄糖、对乙酷氨 基酪、心酪氨酸和N02，但利用CU2〇测定尿酸还未见报道。
[0006] 石墨締虽然具有非常优异的物理化学性质，但是由于石墨締表面的官能团少，呈 现出化学惰性现象，很难与其它介质发生相互作用。此外，石墨締大的表面积和大η共辆体 系的存在使其在水溶液或极性溶剂中极易团聚，很大程度限制了石墨締的进一步研究和应 用。氧化石墨締是石墨粉经化学氧化及剥离后的产物，其结构与石墨締相似，但表面有大量 的含氧官能团，如簇基、径基、环氧基，不仅具有亲水性和大的比表面积，而且适合于对其进 行修饰和改性。本发明设及的电化学传感器，首先将氧化石墨締与CU2〇纳米粒子进行复合， 再用恒电位还原氧化石墨締，不仅可W解决石墨締容易团聚的问题，而且绿色、环保、快速， 充分发挥石墨締与CU2〇的协同优势。本发明的电化学传感器对于尿酸的检测具有灵敏度 高、稳定性和选择性好，响应速度快，线性范围宽，检测限低等优点。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种简便、实用、价廉、准确、灵敏、快速检测尿酸的电化学传 感器的制备方法和应用。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0009] -种电化学传感器，其特征在于，包括玻碳电极;玻碳电极表面涂覆有电还原氧化 石墨締和氧化亚铜纳米粒子(的混合物)形成的膜。
[0010] 所述电还原氧化石墨締和氧化亚铜纳米粒子形成的膜，膜厚度在50-300皿，优选 100-200皿，其中氧化亚铜钢米粒子所占的质量分数为2.5-lOwt%，优选4-6wt%，其余(90- 97.5wt %，优选94-96wt % )为电还原氧化石墨締。
[0011] 所述电还原氧化石墨締是氧化石墨締通过恒电位还原而形成，还原电位为-0.8 ~-1.7V，优选-1.0~-1.5V，还原时间为60~600s，优选100-400S(秒）。
[0012] 电还原如下进行：W饱和甘隶电极为参比电极，销丝作为对电极，氧化石墨締-氧 化亚铜复合膜修饰玻碳电极作为工作电极，组成Ξ电极体系，连接于电化学工作站，（0.1M) Na出P〇4-Na抽P〇4缓冲溶液(P册.0~6.5)为底液。
[0013] 本发明还提供一种电化学传感器的制备方法，包括下列步骤：
[0014] (1)优选通过改良的Hummers方法制备氧化石墨；
[0015] (2)氧化石墨締的制备:取W上制备的氧化石墨粉末，溶于去离子水中配制成水溶 胶(例如0.5~2mg/mU，超声剥离，然后进行离屯、，取上层清液，获得氧化石墨締水溶胶；
[0016] (3)制备氧化亚铜纳米粒子；
[0017] (4)制备氧化石墨締-氧化亚铜纳米粒子复合液:将氧化亚铜纳米粒子加入去离子 水中，制成l-20mg/mL的溶液，优选2~5mg/血的溶液，超声波处理，形成氧化亚铜水分散液， 将其加入氧化石墨締水溶胶中，超声波处理，即制得氧化石墨締-氧化亚铜纳米粒子复合 液;所述氧化亚铜纳米粒子分散液和氧化石墨締水溶胶体积比为0.5~1.5:40;
[0018] (5)将裸玻碳电极(例如依次用0.3皿和0.05皿的氧化侣悬浊液)抛光成镜面，再清 洗，将步骤(4)中的复合液滴涂到处理好的裸玻碳电极表面，并烤干(例如在红外灯下），制 得氧化石墨締-氧化亚铜复合膜修饰电极；
[0019] 优选地，所述玻碳电极直径为2~4mm，复合液滴涂量为5~
[0020] (6) W氧化石墨締-氧化亚铜复合膜修饰电极为工作电极进行电还原，得到电还原 氧化石墨締-氧化亚铜复合膜修饰电极。
[0021] 优选地，通过改良的Hummers方法制备氧化石墨包括W下步骤:取浓硫酸于Ξ颈瓶 中，加入石墨粉、硝酸钢，将Ξ颈瓶置于冰水浴中低转速揽拌冷却后，称取高儘酸钟分多次 缓慢加入，待高儘酸钟加入完毕，低速揽拌10~30分钟，将立颈瓶移到(例如30~50°C，优选 约35 °C)溫水浴中，继续低速揽拌90~120分钟，待反应结束后，向Ξ颈瓶中加入适量去离子 水，加水时应保持匀速缓慢，将Ξ颈瓶移到(例如90~95 °C)热水浴中揽拌反应30~60分钟， 再加入适量去离子水，揽拌下分几次将反应液倒入适量的20-30 %，优选约30%的出化中，此 时反应产物呈现亮黄色，将溶液趁热抽滤，先用5%~10%盐酸酸洗，再用去离子水洗涂直 至溶液接近中性;将滤饼于40~50°C的烘箱中干燥8~24小时，然后研磨得到栋黄色的粉 末，密封备用；
[0022] 所述石墨粉、硝酸钢、高儘酸钟、浓硫酸、此化的质量体积比(g/g/g/mL/mU为0.5~ 1.5:0.5~1.5:3~9:40~55:5~50,优选1:1:6:46:6~40。
[0023] 优选地，制备氧化亚铜纳米粒子包括:将五水合硫酸铜和聚乙締化咯烧酬溶解在 去离子水中，揽拌(例如15-60分钟）后，将NaOH溶液滴加到上述溶液中，室溫下持续揽拌，得 到蓝色沉淀物，在混合物中加入水合阱，室溫下持续揽拌，得到砖红色悬浮物，在离屯、机内 W1000~4000r/min的速度离屯、5~30min，依次用无水乙醇和超纯水洗涂，产物真空干燥 (优选在30~60 °C，更优选在50~60 °C)。
[0024] 所述五水合硫酸铜、聚乙締化咯烧酬、去离子水、化OH(例如0.1-0.3M，优选0.2M)、 水合