基于锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器及其构建方法、应用

本发明属于功能材料的制备及生物分子检测领域，具体涉及一种基于锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器及其构建方法、应用。

背景技术：

1、多巴胺是一种与人类疾病有关的生物标志物，比如阿尔兹海默症和帕金森症等，因此，实现对多巴胺的高灵敏高选择性检测对人类健康至关重要。

2、文献《nitrogen-doped graphdiyne quantum-dots as an optical-electrochemical sensor for sensitive detection of dopamine》公开了一种以氮掺杂石墨炔量子点为基底修饰电极，采用电化学测试技术，实现了对多巴胺的高灵敏检测，其报道的检测范围为0.05至240 µm，最低检测限为0.02 µm，采用加标回收法实现了在人血清溶液中对多巴胺的检测。

3、然而上述公开的检测中，存在以下问题：1）在血清溶液中进行的加标回收实验不足以证明传感界面对目标物的检测选择性；2）血清溶液中进行回收实验也说明该方法很难在真实的复杂的生理媒介中对目标物多巴胺实现直接检测，因为生理媒介中含有多种共存的干扰组分且浓度均很高。因此，现有技术中所构建的传感器对多巴胺的催化性能有待提升，尤其是灵敏度和选择性。且由于在人的血液中含有多种组分，包括蛋白质、dna、rna等，这些组分都能够对传感器的信号产生严重的干扰，导致假阳性（假阴性）结果的产生。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器。

2、本发明还提供了上述基于锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器的构建方法。

3、本发明的另一目的为提供了上述基于锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器的应用。

4、本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

5、本发明提供了一种锰单原子催化剂，通过以下方法制备而成：

6、（1）将盐酸多巴胺溶于水，然后加入氯化锰·四水，搅拌至完全溶解形成澄清溶液，液氮冷冻干燥；

7、（2）将干燥后的产物进行一次碳化，保温结束后酸洗；酸洗之后进行二次碳化，最终得到黑色粉末状的锰单原子催化剂。

8、进一步的，步骤（1）中，所述盐酸多巴胺和水的比例为3-4g:40ml；所述盐酸多巴胺和氯化锰·四水的质量比为3-4：9。

9、进一步的，步骤（2）中，所述一次碳化为：在5℃/min的升温速率下升温至800℃，然后保温2-2.5h。

10、本发明提供的锰单原子催化剂的制备过程中，酸洗能够避免锰氧化物的存在，具体的：所述酸洗为在95℃温度下，采用2m hcl进行处理。

11、进一步的，步骤（2）中，所述二次碳化为在800℃下进气口接氨水洗气瓶1 h。

12、本发明还提供了一种基于上述锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

13、1）电极修饰：

14、玻碳电极分别在不同粒径的氧化铝悬浮液中抛光打磨，用乙醇和水冲洗，超声；放置，备用；

15、2）配制墨液：将乙醇和水混合，然后加入萘酚；

16、3）将锰单原子催化剂分散在上述所配制的墨液中，超声处理，形成均一的混合溶液；将混合溶液快速滴涂于预处理之后的玻碳电极表面，放置，形成均匀的电催化传感界面。

17、进一步的，步骤1）中，所述玻碳电极的直径为3mm；所述氧化铝悬浮液分别为1.0、0.5、0.03 µm。

18、进一步的，步骤2）中，所述墨液的具体组成为：0.30 ml乙醇和0.15 ml水中加入60.0 µl萘酚；所述萘酚的浓度为5.0 wt.%。

19、进一步的，步骤3）中，所述锰单原子催化剂和墨液的比例为3mg：0.5-1ml；所述放置的时间为24h。

20、本发明还提供了一种利用上述构建方法构建的电化学多巴胺传感器在检测血清中多巴胺中的应用。

21、本发明通过锰单原子催化剂的制备及基于该锰单原子催化剂制备的电化学多巴胺传感器的构筑，实现对血清中多巴胺的高灵敏性高选择性检测。

22、本发明的有益效果为：

23、 1）活性位点的构筑新颖：本发明首次提出在多巴胺基底碳材料上引入锰盐直接构筑活性位点，该活性位点的构筑提升了基底对多巴胺的催化性能。

24、2）制备方法简单：通过简单的制备方法合成了锰单原子催化剂，同时构筑了能够高性能催化多巴胺的活性位点，在实现高催化性能的同时，节省了成本。

25、3）性能优异：该传感器在磷酸缓冲溶液（0.2 m, ph 7.4）中电催化多巴胺的线性检测范围较宽：0.25 - 470.65 µm，最低检测限低至87 nm，比现有技术低了1~3个数量级，表明了本发明制备的传感器具有较高的灵敏度；同时实现了在血清中对多巴胺的直接检测，表明了优异的选择性（能够消除其它干扰组分的影响）。

技术特征：

1.一种锰单原子催化剂，其特征在于，通过以下方法制备而成：

2.根据权利要求1所述的锰单原子催化剂，其特征在于，步骤（1）中，所述盐酸多巴胺和水的比例为3-4g:40ml；所述盐酸多巴胺和氯化锰·四水的质量比为3-4：9。

3.根据权利要求1或2所述的锰单原子催化剂，其特征在于，步骤（2）中，所述一次碳化为：在5℃/min的升温速率下升温至800℃，然后保温2-2.5h。

4.根据权利要求1或3所述的锰单原子催化剂，其特征在于，步骤（2）中，所述酸洗为在95℃温度下，采用2m hcl进行处理。

5.根据权利要求1或3-4任一项所述的锰单原子催化剂，其特征在于，步骤（2）中，所述二次碳化为在800℃下进气口接氨水洗气瓶1 h。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，步骤1）中，所述玻碳电极的直径为3mm；所述氧化铝悬浮液分别为1.0、0.5、0.03 µm。

8.根据权利要求6或7所述的构建方法，其特征在于，步骤2）中，所述墨液的具体组成为：0.30 ml乙醇和0.15 ml水中加入60.0 µl萘酚；所述萘酚的浓度为5.0 wt.%。

9.根据权利要求6-7任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤3）中，所述锰单原子催化剂和墨液的比例为3mg：0.5-1ml；所述放置的时间为24h。

10.一种如权利要求6-9任一项所述的构建方法构建的电化学多巴胺传感器在检测血清中多巴胺中的应用。

技术总结
本发明属于功能材料的制备及生物分子检测领域，具体涉及一种基于锰单原子催化剂的电化学多巴胺传感器及其构建方法、应用。该催化剂通过以下方法制备：首先将盐酸多巴胺溶于水，然后加入氯化锰·四水，搅拌至完全溶解形成澄清溶液，液氮冷冻干燥；然后将干燥后的产物进行碳化。本发明首次提出在多巴胺基底碳材料上引入锰盐直接构筑活性位点，该活性位点的构筑提升了基底对多巴胺的催化性能。通过简单的制备方法合成了锰单原子催化剂，同时构筑了能够高性能催化多巴胺的活性位点，在实现高催化性能的同时，节省了成本。且本发明制备的传感器具有较高的灵敏度；同时实现了在血清中对多巴胺的直接检测，表明了优异的选择性。

技术研发人员：崔敏,赵爱丽,曹天雨,王帅,胡伟,戴肖南,孙晓锋,袁亚男
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25