专利名称：一种黄嘌呤传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及分析检测技术领域，具体涉及一种黄嘌呤传感器及其制备方法。
背景技术：
黄嘌呤是嘌呤降解过程中的产物，黄嘌呤常用来制备温和的兴奋剂和支气管扩张 剂。咖啡因，茶碱，可可碱，均属于黄嘌呤类物质。黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶的作用下可以被氧 化为尿酸，所以黄嘌呤还大量存在于动物排泄物、尸体以及腐烂质中，因此对黄嘌呤的检测 可以确定治疗哮喘类药物的有效性，人体内黄嘌呤类兴奋剂剂量，以及肉类食物的新鲜度。
目前检测黄嘌呤的方法主要有高效液相色谱法和高效毛细管电泳法，这两种方 法均通过电化学的方法从微观上识别黄嘌呤；此外还有黄嘌呤氧化酶生物传感器，这种传 感器利用黄嘌呤氧化酶对黄嘌呤的氧化作用，检测试样中的尿酸含量，从而测定试样中的 黄嘌呤含量。 使用高效液相色谱和毛细管电泳这两种方法都有耗时长、难以操作和费用昂贵的 缺点；黄嘌呤氧化酶能同时氧化次黄嘌呤和黄嘌呤成为尿酸，这样会使黄嘌呤氧化酶生物 传感器检测不准确。不仅如此，酶方法本身也有很大的缺点，如化学和热不稳定，成本高，试 样制备条件繁琐，也可能会限制其分析应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种黄嘌呤传感器，测试结果稳定、准确，测 试时间短；另外还提供一种黄嘌呤传感器的制备方法，制备方法过程简单，易操作，使用材 料价格便宜。 为了解决以上问题，本发明提供了一种黄嘌呤传感器及其制备方法，包括
a)将电纺法制备的碳纳米纤维与二次水混合后，得到碳纳米纤维悬浮液；
b)取质量比为20 50 : 50 80的液体石蜡和石墨粉制备碳糊电极；
c)取步骤a)得到的悬浮液滴涂在所述碳糊电极表面，干燥后得到黄嘌呤传感器。
优选的，步骤a)具体为 al)将聚丙烯腈溶于N， N-二甲基丙烯酰胺中得到质量百分比为4wt% 12wt% 的溶液； a2)使用电纺法从所述溶液中制备聚丙烯腈纳米纤维； a3)在高温炉中对所述聚丙烯腈纳米纤维进行稳定和碳化处理，得到碳纳米纤 维； a4)取步骤a3)制备的碳纳米纤维与二次水搅拌混合，得到浓度为0. 5mg/mL 2mg/mL悬浮液。 优选的，步骤b)具体为 b 1)取质量比为25 45 : 55 75的液体石蜡和石墨粉加入吸液管中，压实，得 到碳糊；
b2)取一根铜丝插入碳糊中作为导线，得到碳糊电极；
b3)将所述碳糊电极在称量纸上打磨光滑。
优选的，步骤C)具体为 cl)取5 ii L 15 ii L步骤a)制备的悬浮液滴涂在步骤b)制备的碳糊电极表面 上，得到碳纳米纤维修饰的碳糊电极； c2)将所述碳纳米纤维修饰的碳糊电极进行干燥处理，得到黄嘌呤传感器。
优选的，步骤a3)具体为 a31)将所述聚丙烯腈纳米纤维在200°C 26(TC下退火2. 5h 3. 5h ;
a32)以4°C /min 6°C /min的速度升温，将步骤a31)得到的纳米纤维加热到 38(TC 32(TC，所述升温结束后，保温的同时使用体积比为0. 5 1.5 : 2. 5 3. 5的氢气 和氩气稳定所述纳米纤维1. 5h 2. 5h ; a33)以4°C /min 6°C /min的速度升温，将步骤a32)得到的纳米纤维加热到 1000°C 120(TC，并保温0. 5h 1. 5h使其碳化，得到碳化的聚丙烯腈纳米纤维即碳纳米纤 维。优选的，所述吸液管直径为0. 4mm 1. 6mm，长度为8mm 12mm。 优选的，步骤c3)中干燥处理的干燥温度为50°C 80°C 。 —种黄嘌呤传感器，包括 碳纳米纤维与碳糊电极； 所述碳纳米纤维包覆于所述碳糊电极表面； 所述碳糊电极包括按重量比为20 50 : 50 80的液体石蜡和石墨粉。优选的，所述碳糊电极直径为0. 5mm 1. 5mm，长为8mm 12mm ;所述碳纳米纤维
含量为0. 005mg 0. 015mg。 优选的，制备所述碳纳米纤维的原料为聚丙烯腈。 本发明提供了一种黄嘌呤传感器的制备方法包括a)将电纺法制备的碳纳米纤 维与二次水混合，得到碳纳米纤维悬浮液；b)取质量比为20 50 : 50 80的液体石蜡 和石墨粉制备碳糊电极；c)取步骤a)得到的悬浮液滴涂在所述碳糊电极表面，干燥后得到 黄嘌呤传感器。本发明提供的黄嘌呤传感器的制备方法过程简单，易操作，使用材料价格便 宜。本发明还提供了一种黄嘌呤传感器，包括碳纳米纤维与碳糊电极；所述碳纳米纤维包 覆于所述碳糊电极表面；所述碳糊电极包括按重量比为20 50 : 50 80的液体石蜡和 石墨粉。本发明提供的黄嘌呤传感器，直接使用碳糊电极氧化黄嘌呤，由于使用了多孔的碳 纳米纤维修饰所述碳糊电极，使得碳糊电极拥有了催化氧化黄嘌呤的反应的能力，检测时 间縮短、灵敏度高，而且本发明提供的碳糊电极使用电化学方法检测，在固定的电位下碳糊 电极只能氧化黄嘌呤，而不能氧化次黄嘌呤，这样保证了检测结果的稳定性和准确性。
图1碳纳米纤维的扫描电镜图；
图2碳纳米纤维的透射电镜图； 图3黄嘌呤传感器对于连续加入一定浓度黄嘌呤的电流-时间曲线图、以及不同 浓度下浓度-时间曲线。
具体实施例方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但 是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的 限制。 本发明提供了一种黄嘌呤传感器，包括
碳纳米纤维与碳糊电极； 所述碳纳米纤维包覆在所述碳糊电极表面； 所述碳糊电极包括按重量比为20 50 : 50 80的液体石蜡和石墨粉。
按照本发明，碳糊电极中的碳糊为碳粉和疏水性溶剂的混合物，所述疏水性溶剂 为甲基硅油或液体石蜡，所述碳粉为石墨粉或高纯度的碳粉末。本发明使用液体石蜡与石 墨粉按照重量比为20 50 : 50 80制备碳糊，所述重量比优选为20 40 : 60 80， 更优选为30 35 : 65 70。碳糊电极的直径优选为0. 5mm 1. 5mm，更优选为0. 8mm 1. 2mm ;长度优选为8mm 12mm，更优选为9mm llmm。 制备碳纳米纤维的材料为本领域人员熟知的如聚丙烯腈、沥青、粘胶丝或酚醛树
脂，本发明优选聚丙烯腈(PAN)制备碳纳米纤维，因为使用PAN制备的碳纳米纤维表面多
孔，增加了碳纳米纤维与介质的接触面积，致使PAN制备的碳纳米纤维不仅具有很强的催
化能力，而且具有很好的电信号传输能力，另外PAN的产量大，使用其制备碳纳米纤维与碳
糊电极配合制备黄嘌呤传感器的成本要远远低于使用黄嘌呤氧化酶生物传感器的制备成
本。按照本发明，CNFs包覆于碳糊电极表面，包覆的形式为黏附、缠绕、包裹、滴涂或一部分
渗入碳糊电极一部分包裹于碳糊电极表面，本发明优选为滴涂。 本发明还提供了一种黄嘌呤传感器的制备方法，包括 a)将电纺法制备的碳纳米纤维与二次水混合，得到碳纳米纤维悬浮液； b)取质量比为20 50 : 50 80的液体石蜡和石墨粉制备碳糊电极； c)取步骤a)得到的悬浮液滴涂在所述碳糊电极表面，干燥后得到黄嘌呤传感器。 按照本发明，获得PAN碳纳米纤维的途径为购买或自行制备，本发明优选自行制
备。制备方法为电纺法。所谓电纺法是指通过在聚合物溶液中施加外电场来制备纳米纤
维的一种方法。电纺法制备不同种类的碳纳米纤维，所用到的操作参数不同。按照本法明，
首先优选按重量百分比为4wtX 12wt^制备PAN的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液，所述
重量百分比更优选为6wt% 10wt%。将上述溶液加入电纺仪中，调整喷丝头与收集板之
间的距离为25cm 35cm，电压为25KV 35KV，即在喷丝板与收集板之间的电场强度维持
100KV/cm。调整完成后启动电纺仪，在强电场的作用下，PAN从溶液中溢出，在喷丝板孔隙
的作用下形成丝状纤维，即PAN纳米纤维。 制得PAN纳米纤维后，将其放入高温炉中进行退火处理，退火温度优选为200°C 26(TC，更优选为215°C 245t:，退火时间优选为2. 5h 3. 5h。退火的目的在于使PAN纤 维部分氧化，形成空隙。 将退火后的PAN纤维以4°C /min 6°C /min的速度升温，当温度达到280°C 32(TC时，停止升温并对PAN纤维保温，保温的同时向高温炉内通入体积比优选为0. 5 1.5 : 2. 5 3. 5的氢气和氩气的混合气体。使PAN纤维的形态和长度稳定下来。同时防止由于高温导致PAN的氧化加剧。所述保温时间优选为1. 5h 2. 5h。PAN纤维形态和长度稳定后，继续以4°C /min 6°C /min的速度升温加热所述PAN
纤维，直到1000°C 1200°C ，并保温0. 5h 1. 5h使其碳化，得到碳纳米纤维(CNFs)。碳化
是由于在高温状态下，聚合物中的氢氧以及其他原子与碳原子之间的化学键断裂，析出纤
维，而碳原子之间形成了稳定的结构，增加了强度，又由于氢氧等原子组成的化合物以气体
的形式析出纤维，使纤维表面增加了孔隙。 取制备好的CNFs至于烧杯中，重量优选为0. 5mg 1. 5mg更优选为0. 8mg 1. 2mg。再向烧杯中注入体积优选为0. 6mL 1. 6mL，更优选为0. 75mg lmg的溶剂，所述 溶剂为无水乙醇或二次水，本发明优选为二次水。加入二次水后搅拌二次水与CNFs组成的 混合物，搅拌均匀后得到浓度为0. 5mg/mL 2mg/mL的CNFs悬浮液。 按照本发明，按重量比为20 50 : 50 80，优选为25 45 : 55 75混合液 体石蜡与石墨粉，置于研钵研磨均匀，得到碳糊。将碳糊填入直径优选为为0. 4mm 1. 6mm， 更优选为0. 7mm 1. 3mm长度优选为8mm 12mm，更优选为9mm llmm的吸液管中，将碳 糊填实压紧。取一根金属导线，本发明优选为铜丝插入碳糊中，得到碳糊电极。使用称量纸 打磨所述碳糊电极表面直至光滑。取CNFs悬浮液5 ii L 15 ii L，滴涂在打磨好的碳糊电极 表面上，得到CNFs修饰的碳糊电极，再在5(TC 8(TC下将其干燥，即本发明提供的黄嘌呤 传感器(CNF-CPE)。 通过上述实验不难发现，本发明提供的黄嘌呤传感器不需要使用黄嘌呤氧化酶， 直接用碳糊电极氧化黄嘌呤，由于使用了碳纳米纤维修饰所述碳糊电极，使得碳糊电极拥 有了催化氧化黄嘌呤的反应的能力，检测时间縮短，而且本发明提供的碳糊电极使用电化 学方法检测，在固定的电位下只能氧化黄嘌呤，而不能氧化次黄嘌呤，这样保证了检测结果 的稳定性和准确性。本发明提供的黄嘌呤传感器的制备方法过程简单，易操作，使用材料价 格便宜，成本低，在鱼新鲜度和尿样中黄嘌呤的检测中有很好的应用前景。
实施例1 碳纳米纤维(CNFs)的制备 按重量百分比为8wt^制备PAN的DMF溶液。将上述溶液加入电纺仪中，调整喷丝 头与收集板之间的距离为30cm，电压为30KV，电场强度为100KV/cm。调整完毕后启动电纺 仪，在电场的作用下，PAN从溶液中溢出，在喷丝板孔隙的作用下形成丝状纤维，即PAN纳米 纤维。 制得PAN纳米纤维后，将其放入高温炉中进行退火处理，退火温度优选为230°C，
退火时间为3h。将退火后的PAN纳米纤维以5°C /min的速度升温，当温度达到30(TC时，停
止升温并对PAN纳米纤维保温，保温的同时向高温炉内通入体积比为1 : 3的氢气和氩气
的混合气体。使PAN纳米纤维的形态和长度稳定下来。保温时间优选为2h。 PAN纳米纤维形态和长度稳定后，继续以5°C /min的速度升温加热所述PAN纳米
纤维，直到llO(TC，并保温lh使其碳化，得到碳化的PAN纳米纤维即碳纳米纤维(CNFs)。 实施例2 电极的制备和修饰 取实施例1制备好的CNFs至于烧杯中，重量为lmg。再向烧杯中注入体积为lmL 二次水。加入二次水后搅拌二次水与CNFs组成的混合物，搅拌均匀后得到浓度为lmg/mL的CNFs悬浮液。 按重量比为30 : 70混合液体石蜡与石墨粉，置于研钵研磨均匀，得到碳糊。将碳 糊填入直径优选为为lmm，长度为lOmm的吸液管中，将碳糊填实压紧。取一根铜丝插入碳 糊中，压紧后得到碳糊电极。使用称量纸打磨所述碳糊电极表面直至光滑。取CNFs悬浮 液10 L，滴涂在打磨好的碳糊电极表面上，得到CNFs修饰的碳糊电极，再在7(TC下将其干 燥，即本发明提供的黄嘌呤传感器(CNF-CPE)。
实施例3
电化学测试 本发明所涉及的黄嘌呤传感器的电化学测试，包括如下步骤
1)黄嘌呤电化学检测 对黄嘌呤样品进行测试，测试介质为浓度0. 1M的磷酸缓冲盐溶液(PB S)。电化 学实验在CHI832电化学分析仪上进行，采用传统三电极体系Pt丝作为辅助电极，Ag/AgCl 作为参比电极，本发明提供的黄嘌呤传感器作为工作电极。在搅拌条件下，向检测池中连续 加入黄嘌呤样品，记录稳定后的电化学信号。
2)实际样品检测称鱼肉2. 5g，与2mL重量百分比为10wt^的盐酸溶液混合匀化30min，然后用二次
水稀释至25mL，得到鱼肉悬浮液。将上述悬浮液在6000rpm的转速下离心8min，离心结束
后，得到的溶液静置、分层，取上层清液与二次水混合得到25mL的样品溶液。每次取200 yL
的鱼提取液进行鱼新鲜度的分析。所有鱼样品在每次实验前临时制备。 取5条活鱼，将其杀死后在室温下存储2， 6， 10， 20和30h，使用上述方法制备鱼肉
提取液，检测到的黄嘌呤浓度随着存储时间的增长依次升高。 尿液样本来自实验室人员，实验时尿液样本采用0. 1M的PBS稀释100倍，所述PBS 的pH为6. 0。按照与鱼肉新鲜度测试相同的时间对尿样进行存储，再分别对尿样中的黄嘌 呤进行检测，采用标准加标法，测定得到尿样中的黄嘌呤浓度及计算回收率。回收率公式为 回收率=(c2X (Vl+V2)-ClXVl)/CXv2X100%。其中c为黄嘌呤样本浓度，Cl为尿样浓度， c2为加标黄嘌呤样本浓度，^为尿样体积，^为加标黄嘌呤样本的体积。最终计算得到的 回收率为94%、96%、99%、103%、108%。 经过测试结果如图3所示，在电解质为0. 1M的PBS、 pH = 7. 0、检测电位为0. 85V 时，黄嘌呤试样随着存储时间的增加其检测到的电流下降，即黄嘌呤的浓度增加。而图3插 图中所示的是黄嘌呤浓度与检测电流之间的线性回归曲线，说明本发明提供的黄嘌呤传感 器在一个固定的电位只氧化了黄嘌呤而没有氧化次黄嘌呤。 通过实验步骤以及结果可以看出，本发明提供的黄嘌呤传感器通过简单的操作， 稳定准确的测定了样品中黄嘌呤的浓度，以及浓度和样品存储时间的数学关系，图3中的 平滑曲线以及线性回归曲线都说明了这一点。 以上对本发明提供的一种黄嘌呤传感器及其制备方法进行了详细的介绍，本文中
应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助 理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱
离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本 发明权利要求的保护范围内。
权利要求
一种黄嘌呤传感器的制备方法，其特征在于，包括a)将电纺法制备的碳纳米纤维与二次水混合，得到碳纳米纤维悬浮液；b)取质量比为20～50∶50～80的液体石蜡和石墨粉制备碳糊电极；c)取步骤a)得到的悬浮液滴涂在所述碳糊电极表面，干燥后得到黄嘌呤传感器。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)具体为al)将聚丙烯腈溶于N， N-二甲基丙烯酰胺中得到质量百分比为4wt% 12wt^的溶液；a2)使用电纺法从所述溶液中制备聚丙烯腈纳米纤维；a3)在高温炉中对所述聚丙烯腈纳米纤维进行稳定和碳化处理，得到碳纳米纤维； a4)取步骤a3)制备的碳纳米纤维与二次水搅拌混合，得到浓度为0. 5mg/mL 2mg/mL 悬浮液。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)具体为bl)取质量比为25 45 : 55 75的液体石蜡和石墨粉加入吸液管中，压实，得到碳糊；b2)取一根铜丝插入碳糊中作为导线，得到碳糊电极；b3)将所述碳糊电极在称量纸上打磨光滑。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C)具体为cl)取5yL 15iiL步骤a)制备的悬浮液滴涂在步骤b)制备的碳糊电极表面上，得 到碳纳米纤维修饰的碳糊电极；c2)将所述碳纳米纤维修饰的碳糊电极进行干燥处理，得到黄嘌呤传感器。
5. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a3)具体为 a31)将所述聚丙烯腈纳米纤维在200°C 26(TC下退火2. 5h 3. 5h ;a32)以4°C /min 6°C /min的速度升温，将步骤a31)得到的纳米纤维加热到380°C 32(TC，所述升温结束后，保温的同时使用体积比为0.5 1.5 : 2. 5 3. 5的氢气和氩气 稳定所述纳米纤维1. 5h 2. 5h ;a33)以4 °C /min 6 °C /min的速度升温，将步骤a32)得到的纳米纤维加热到 1000°C 120(TC，并保温0. 5h 1. 5h使其碳化，得到碳化的聚丙烯腈纳米纤维即碳纳米纤 维。
6. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述吸液管直径为0. 4mm 1. 6mm， 长度为8mm 12mm。
7. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤c3)中干燥处理的干燥温度为 50°C 80°C。
8. —种黄嘌呤传感器，其特征在于，包括 碳纳米纤维与碳糊电极； 所述碳纳米纤维包覆于所述碳糊电极表面；所述碳糊电极包括按重量比为20 50 : 50 80的液体石蜡和石墨粉。
9. 根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述碳糊电极直径为0. 5mm 1. 5mm， 长为8mm 12mm ;所述碳纳米纤维含量为0. 005mg 0. 015mg。
10. 根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，制备所述碳纳米纤维的原料为聚丙烯晴.
全文摘要
本发明提供了一种黄嘌呤传感器的制备方法包括a)将电纺法制备的碳纳米纤维与溶剂混合后，得到碳纳米纤维悬浮液；b)取质量比为20～50∶50～80的液体石蜡和石墨粉制备碳糊电极；c)取步骤a)得到的悬浮液滴涂在所述碳糊电极表面，干燥后得到黄嘌呤传感器。本发明提供的黄嘌呤传感器的制备方法过程简单，易操作，使用材料价格便宜。本发明还提供了一种黄嘌呤传感器，包括碳纳米纤维与碳糊电极；所述碳纳米纤维包覆于所述碳糊电极表面；所述碳糊电极包括按重量比为20～50∶50～80的液体石蜡和石墨粉。本发明提供的 黄嘌呤传感器，检测时间缩短，测试结果稳定准确。
文档编号G01N27/26GK101776634SQ20101010790
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者于彩霞, 刘阳, 唐小风, 李霞, 由天艳 申请人:中国科学院长春应用化学研究所