基于纳米复合物修饰电极的比率电化学肌酐传感器的制备方法与流程

本申请属于纳米复合材料和电化学传感器交叉技术领域，具体涉及基于纳米复合物修饰电极的比率电化学肌酐传感器的制备方法。

背景技术

与碳纳米管和富勒烯相比，氧化石墨烯价格比较低廉，原料也易得，有望成为超级纳米材料，大量应用于光电、传感器、电子、电容器等诸多领域。氧化石墨烯的主体是由碳原子构成的稳定六元环结构，其边缘含大量羧基、羟基、环氧基等功能基团，能够明显地增加氧化石墨烯的反应活性。还原氧化石墨烯的化学性能远高于氧化石墨烯，分子间范德华力使其易聚集而降低了稳定性，因此对还原氧化石墨烯进行有效的功能化修饰显得尤为重要。盐酸多巴胺具有优异的环境相容性，在化学方法还原氧化石墨烯方面显示出环境友好的优点，制备的聚多巴胺/还原氧化石墨烯复合物呈现三维结构，导电性好，表面积大等特点，可作为一种新型的功能化纳米材料，在光学、电化学、催化、电池等领域受到广泛关注。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种基于纳米复合物修饰电极的比率电化学肌酐传感器的制备方法，所述电极电化学活性高、生物相容性好、比较面积大、比率信号抗干扰能力强，所述制备方法操作简单、成本低、原料易得，所述检测方法简便灵活、灵敏度高、抗干扰能力强、效率高、准确性好，特别适用于肌酐的检测。

本申请通过以下技术方案来实现：

首先，本申请提供一种玻碳电极，所述玻碳电极由纳米复合物修饰，所述纳米复合物的组成中包括或由铜纳米颗粒、聚多巴胺、还原氧化石墨烯和耐尔蓝组成；

进一步地，所述纳米复合物为铜纳米颗粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物；

进一步地，所述纳米复合物由纳米复合物b与铜纳米粒复合得到；

进一步地，所述铜纳米粒通过一步电沉积在纳米复合物b上原位生成；

进一步地，所述纳米复合物b由纳米复合物a和耐尔蓝复合得到；

进一步地，在本申请的一个或多个实施方式中，所述纳米复合物对玻碳电极的修饰通过以下方式实现：在裸玻碳电极上滴涂纳米复合物b后，在纳米复合物b上原位生成铜纳米粒即得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物及其修饰的玻碳电极。

进一步地，在更为具体的实施方式中，所述纳米复合物对玻碳电极的修饰通过以下方式实现：取裸玻碳电极，对其表面进行抛光打磨处理，滴涂纳米复合物b，在室温下干燥，随后在硝酸盐溶液中加入硝酸铜溶液，进行循环伏安扫描，即得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极。

进一步地，在玻碳电极上滴涂纳米复合物b的滴涂量为2-10μl，优选为4-6μl，优选为5μl；

进一步地，所述硝酸盐溶液ph为3-6，优选为4-5，优选为4.8；

进一步地，所述硝酸铜溶液的浓度为1-100mm，优选为5-50mm，更优选为20mm；

进一步地，所述循环伏安扫描圈数为5-25圈，优选为14-20圈，最优选为18圈。

进一步地，在本发明的一个或多个实施方式中，所述纳米复合物a按如下方式获得：将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；称取该氧化石墨烯和盐酸多巴胺，加入到tris-hcl缓冲液中，在一定温度下搅拌反应制备得到聚多巴胺/还原氧化石墨烯纳米复合物(即纳米复合物a)；

进一步地，所述氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量(质量浓度)比为1：0.1-10，优选为1：0.5-5，优选为1：0.8；

进一步地，所述tris-hcl缓冲液的浓度为1-10mm，优选为5-10mm，更优选为10mm；

进一步地，所述tris-hcl缓冲液的ph为4-8，优选为5-6.5，更优选为6.5；

进一步地，所述反应温度为50-150℃，优选为60-90℃，更优选为80℃；

进一步地，所述反应时间为2-48h，优选为6-24h，更优选为24h。

进一步地，在本申请的一个或多个实施方式中，所述纳米复合物b按如下方式获得：将纳米复合物a和耐尔蓝一起加入到称量瓶中，超声处理制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝纳米复合物(即纳米复合物b)；

进一步地，所述纳米复合物a和耐尔蓝的质量浓度比为1:0.2-5，优选为1:0.25-2；优选为1：0.25-1或1：1-2，更优选为1：0.5-1；最优选为1:0.5；

进一步地，所述超声功率为120-200w，优选为140-180w，更优选为160w；

进一步地，所述超声时间为1-10h，优选为0.5-6h，优选为2h。

其次，本申请提供了一种制备上述玻碳电极的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；

(2)称取步骤(1)中得到的氧化石墨烯和盐酸多巴胺，加入到tris-hcl缓冲液中，在一定温度下搅拌反应制备得到聚多巴胺/还原氧化石墨烯纳米复合物，以下简称纳米复合物a；

(3)将步骤(2)中得到的纳米复合物a和耐尔蓝一起加入到称量瓶中，超声处理制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝纳米复合物，以下简称纳米复合物b；

(4)取裸玻碳电极，对其表面进行抛光打磨处理，然后滴涂步骤(3)得到的纳米复合物b，在室温下干燥，随后在硝酸盐溶液中加入硝酸铜溶液，进行循环伏安扫描，即得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极。

进一步地，在步骤(2)中，所述氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量(质量浓度)比为1：0.1-10，优选为1：0.5-5，优选为1：0.8；

进一步地，所述tris-hcl缓冲液的浓度为1-10mm，优选为5-10mm，更优选为10mm；

进一步地，在步骤(2)中，所述tris-hcl缓冲液的ph为4-8，优选为5-6.5，更优选为6.5；

进一步地，在步骤(2)中，所述反应温度为50-150℃，优选为60-90℃，更优选为80℃；

进一步地，在步骤(2)中，所述反应时间为2-48h，优选为6-24h，更优选为24h。

进一步地，在步骤(3)中，所述纳米复合物a和耐尔蓝的质量浓度比为1:0.2-5，优选为1:0.25-2；优选为1：0.25-1或1：1-2，更优选为1：0.5-1；最优选为1:0.5。

进一步地，在步骤(3)中，所述超声功率为120-200w，优选为140-180w，更优选为160w；

进一步地，在步骤(3)中，所述超声时间为1-10h，优选为0.5-6h，优选为2h。

进一步地，在步骤(4)中，在玻碳电极上滴涂纳米复合物b，滴涂量为2-10μl，优选为4-6μl，优选为5μl；

进一步地，在步骤(4)中，所述硝酸盐溶液ph为3-6，优选为4-5，优选为4.8；

进一步地，在步骤(4)中，所述硝酸铜溶液的浓度为1-100mm，优选为5-50mm，更优选为20mm；

进一步地，在步骤(4)中，所述循环伏安扫描圈数为5-25圈，优选为14-20圈，最优选为18圈。

再次，本申请提供了一种电化学传感器，所述传感器包含如上所述的玻碳电极和/或以如上所述的玻碳电极为传感界面；所述传感器优选为比率电化学传感器。

再次，本申请还提供了一种检测肌酐的方法，所述方法使用如上所述的玻碳电极或使用(基于)如上所述的电化学传感器；和/或，进一步地，所述方法以上述的玻碳电极为传感界面，测定不同肌酐浓度下的肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系。

进一步地，所述肌酐线性浓度范围为0.1-100mm，优选为1-100mm，更优选为2-80mm；

进一步地，所述肌酐检测限为0.01-0.1μm，优选为0.012-0.06μm，最优选为0.02μm。

在一个或多个实施方式中，所述检测肌酐的方法包括以下步骤：

(1)将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；

(2)称取步骤(1)中得到的氧化石墨烯和盐酸多巴胺，加入到tris-hcl缓冲液中，在一定温度下搅拌反应制备得到聚多巴胺/还原氧化石墨烯纳米复合物，以下简称纳米复合物a；

(3)将步骤(2)中得到的纳米复合物a和耐尔蓝一起加入到称量瓶中，超声处理制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝纳米复合物，以下简称纳米复合物b；

(4)取裸玻碳电极，对其表面进行抛光打磨处理，然后滴涂步骤(3)得到的纳米复合物b，在室温下干燥，随后在以tris-hcl缓冲液为电解液的电解池中加入硝酸铜溶液，进行循环伏安扫描，即得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极；

(5)以步骤(4)得到的玻碳电极为传感界面，测定不同肌酐浓度下的肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系。

进一步地，在步骤(2)中，所述氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量比值为1：0.1-10，优选为1：0.5-5，优选为1：0.8；

进一步地，所述tris-hcl缓冲液的浓度为1-10mm，优选为5-10mm，更优选为10mm；

进一步地，在步骤(2)中，所述tris-hcl缓冲液的ph为4-8，优选为5-6.5，更优选为6.5；

进一步地，在步骤(2)中，所述反应温度为50-150℃，优选为60-90℃，更优选为80℃；

进一步地，在步骤(2)中，所述反应时间为2-48h，优选为6-24h，更优选为24h；

进一步地，在步骤(3)中，所述纳米复合物a和耐尔蓝的质量浓度比为1:0.2-5，优选为1:0.25-2；优选为1：0.25-1或1：1-2，更优选为1：0.5-1；最优选为1:0.5；

进一步地，在步骤(3)中，所述超声功率为120-200w，优选为140-180w，更优选为160w；

进一步地，在步骤(3)中，所述超声时间为1-10h，优选为0.5-6h，优选为2h；

进一步地，在步骤(4)中，在玻碳电极上滴涂纳米复合物b，滴涂量为2-10μl，优选为4-6μl，优选为5μl；

进一步地，在步骤(4)中，所述硝酸盐溶液ph为3-6，优选为4-5，优选为4.8；

进一步地，在步骤(4)中，所述硝酸铜溶液的浓度为1-100mm，优选为5-50mm，更优选为20mm；

进一步地，在步骤(4)中，所述循环伏安扫描圈数为5-25圈，优选为14-20圈，最优选为18圈；

进一步地，在步骤(5)中，所述肌酐线性浓度范围为0.1-100mm，优选为1-100mm，更优选为2-80mm；

进一步地，在步骤(5)中，所述肌酐检测限为0.01-0.1μm，优选为0.012-0.06μm，最优选为0.02μm。

本申请选用氧化石墨烯为基底，盐酸多巴胺为还原剂，在tris-hcl缓冲液中生成聚多巴胺/还原氧化石墨烯复合物(纳米复合物a)，经超声将此复合物与耐尔蓝通过π-π和静电相互作用结合，形成聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝复合物(纳米复合物b)。加入硝酸铜溶液，进行循环伏安扫描，一步电沉积原位生成铜纳米粒，制得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝复合物及其修饰的玻碳电极。测定不同肌酐浓度下，肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系。

与现有技术相比，本申请的玻碳电极电化学活性高、生物相容性好、比表面积大、比率信号抗干扰能力强，本申请的玻碳电极的制备方法操作简单、成本低、原料易得，本申请的检测方法简便灵活、灵敏度高、抗干扰能力强、效率高、准确性好，特别适用于肌酐的检测。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本申请的实施方案，其中：

图1为本申请的铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物的结构及其制备过程示意图；

图2为本申请实施方式中的线图，其中，(a)为不同肌酐浓度下，本申请实施方式中比率电化学传感器对应的方波伏安曲线；(b)为不同肌酐浓度下，对应的肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合的不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本申请方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1

(1)将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；

(2)称取步骤(1)得到的氧化石墨烯和盐酸多巴胺，其中氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量(质量浓度)比为1:0.1，加入到1mm的tris-hcl缓冲液中，其中ph为4.5，在60℃下搅拌反应，反应时间为4h。制备聚多巴胺/还原氧化石墨烯的纳米复合物a；

(3)将步骤(2)得到的纳米复合物a和耐尔蓝以1：2的质量浓度配比一起加入到称量瓶中，经过120w超声处理2h制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝的纳米复合物b；

(4)取裸玻碳电极，对其表面进行抛光打磨处理，然后滴涂2μl步骤(3)制备的纳米复合物b，在室温下干燥，随后在含有10mm硝酸铜的硝酸盐溶液(ph为4.5)中，进行循环伏安扫描10圈，实现一步电沉积原位生成铜纳米粒，即制得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物及其修饰的玻碳电极；

(5)以步骤(4)得到的铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极为传感界面，测定不同肌酐浓度下，肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系，其中，肌酐的线性浓度范围为1～100μm，肌酐检测限为0.1μm。

实施例2

(1)将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；

(2)称取步骤(1)得到的氧化石墨烯和盐酸多巴胺，氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量(质量浓度)比为1:0.5，加入到2mm的tris-hcl缓冲液中ph＝5，在80℃下搅拌反应6h制备聚多巴胺/还原氧化石墨烯的纳米复合物a；

(3)将步骤(2)得到的纳米复合物a和耐尔蓝以1:1的质量浓度配比一起加入到称量瓶中，经过150w超声处理4h制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝的纳米复合物b；

(4)取裸玻碳电极，对其表面进行抛光打磨处理，然后滴涂4μl步骤(3)制备的纳米复合物b，在室温下干燥，随后在含有20mm硝酸铜的硝酸盐溶液(ph为5)中，进行循环伏安扫描15圈，实现一步电沉积原位生成铜纳米粒，即制得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物及其修饰的玻碳电极；

(5)以步骤(4)得到的铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极为传感界面，测定不同肌酐浓度下，肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系，发展成为可用于肌酐检测的比率电化学传感器，肌酐的线性浓度范围为0.1～50μm，肌酐检测限为0.05μm。

实施例3

(1)将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；

(2)称取步骤(1)得到氧化石墨烯和盐酸多巴胺，其中氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量(质量浓度)比为1:1，加入到5mm的tris-hcl缓冲液中，ph＝5.5，在100℃下搅拌反应8h制备聚多巴胺/还原氧化石墨烯的纳米复合物a；

(3)将步骤(2)得到的纳米复合物a和耐尔蓝以2:1的质量浓度配比一起加入到称量瓶中，经过180w超声处理6h制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝的纳米复合物b；

(4)取裸玻碳电极，对其表面进行抛光打磨处理，然后滴涂6μl步骤(3)制备的纳米复合物b，在室温下干燥，随后在含有50mm硝酸铜的硝酸盐溶液(ph为5)中，进行循环伏安扫描20圈，实现一步电沉积原位生成铜纳米粒，即制得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物及其修饰的玻碳电极；

(5)以步骤(4)得到的铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极为传感界面，测定不同肌酐浓度下，肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系，发展成为可用于肌酐检测的比率电化学传感器，肌酐的线性浓度范围为0.1～100μm，肌酐检测限为0.02μm。

实施例4

(1)将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；

(2)称取步骤(1)氧化石墨烯和盐酸多巴胺，其中氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量(质量浓度)比为1:1.5，加入到10mm的tris-hcl缓冲液中，ph为6，在120℃下搅拌反应10h制备聚多巴胺/还原氧化石墨烯的纳米复合物a；

(3)将步骤(2)得到的纳米复合物a和耐尔蓝以4:1的质量浓度配比一起加入到称量瓶中，经过200w超声处理8h制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝的纳米复合物b；

(4)取裸玻碳，对其电极表面进行抛光打磨处理，然后滴涂8μl步骤(3)制备的纳米复合物b，在室温下干燥，随后在含有80mm硝酸铜的硝酸盐溶液(ph为6)中，进行循环伏安扫描25圈，实现一步电沉积原位生成铜纳米粒，即制得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物及其修饰的玻碳电极；

(5)以步骤(4)得到铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极为传感界面，测定不同肌酐浓度下，肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系，发展成为可用于肌酐检测的比率电化学传感器，肌酐的线性浓度范围为0.1～100μm，肌酐检测限为0.01μm。

实施例5

(1)将石墨烯采用hummer’s方法制备得到氧化石墨烯；

(2)称取步骤(1)氧化石墨烯和盐酸多巴胺，其中氧化石墨烯和盐酸多巴胺的用量(质量浓度)比为1:0.8，加入到10mm的tris-hcl缓冲液中，ph为6.5，在80℃下搅拌反应24h制备聚多巴胺/还原氧化石墨烯的纳米复合物a；

(3)将步骤(2)得到的纳米复合物a和耐尔蓝以1:0.5的质量浓度配比一起加入到称量瓶中，经过160w超声处理2h制得聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝的纳米复合物b；

(4)取裸玻碳，对其电极表面进行抛光打磨处理，然后滴涂5μl步骤(3)制备的纳米复合物b，在室温下干燥，随后在含有20mm硝酸铜的硝酸盐溶液(ph为4.8)中，进行循环伏安扫描18圈，实现一步电沉积原位生成铜纳米粒，即制得铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物及其修饰的玻碳电极(图1)；

(5)以步骤(4)得到铜纳米粒/聚多巴胺/还原氧化石墨烯/耐尔蓝四组分纳米复合物修饰的玻碳电极为传感界面，测定不同肌酐浓度下，肌酐-铜离子配合物和耐尔蓝的氧化峰电流强度比率，拟合不同比率值与对应肌酐浓度的线性关系(图2)，发展成为可用于肌酐检测的比率电化学传感器，肌酐的线性浓度范围为2-80μm，肌酐检测限为0.02μm。