基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器的制备和应用的制作方法

本发明涉及一种基于埃洛石纳米管（hnts）和石墨烯（go）的电化学传感器的构建方法，主要用于对乙酰氨基酚和多巴胺的检测，属于电化学传感器和电化学分析技术领域。

背景技术：

多巴胺（da）是由神经组织（包括脑）和肾上腺组成的重要神经递质。da也可作为交感神经系统的药物供应，产生诸如心率和血压升高等效果。乙酰氨基酚（ac）是广泛应用的止痛药和退烧药。ac用于轻微疼痛和疼痛，是许多感冒和流感药物的主要成分，也可用于治疗癌症或术后疼痛。因此，同时分析生物体液中的多巴胺（da）和乙酰氨基酚（ac）对于了解它们的临床和药理学重要性是有意义的。目前为止，检测对乙酰氨基酚和多巴胺的方法主要有高效液相色谱，固相色谱，电化学发光，荧光分光光度法等。这些检测方法耗时较长，价格昂贵，样品前处理繁琐，因此研究出快速，准确，灵敏并且同时测定对乙酰氨基酚和多巴胺的电化学传感器就变得尤为重要。

埃洛石纳米管（hnts）是一种硅酸盐矿物，其具有较大的比表面积，与碳纳米管结构相似，有以下几个特点：价格低廉，易于获得，良好的生物相容性，因此引起了广泛关注。

石墨烯（go）由于其良好的导电性、大比表面积，已被广泛应用于电化学传感器领域。因此本发明采用埃洛石纳米管（hnts）与石墨烯（go）结合构建特异性修饰电极，这种特异性修饰电极能够将对乙酰氨基酚和多巴胺区分，从而实现了对对乙酰氨基酚和多巴胺的同时检测。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器的构建方法；

本发明的另一目的是提供一种上述构建的电化学传感器在检测对乙酰氨基酚和多巴胺的具体应用。

一、基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器的制备

基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：

（1）复合物hnt/agnps的制备：将胺基化埃洛石纳米管（hnt-nh2）搅拌分散于去离子水中，向其中缓慢加入硝酸银溶液并搅拌20~30min，再加入硼氢化钠溶液，反应物由白色变为暗黄色，在胺基化的hnt表明负载银纳米粒子，得到复合物hnt/agnps；

胺基化埃洛石纳米管（hnt-nh2）与硝酸银的质量比为12:1~15:1；胺基化埃洛石纳米管（hnt-nh2）与硼氢化钠的质量比为64:1~68:1。

埃洛石纳米管的胺基化：将3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶解于无水甲苯中，加入埃洛石纳米管（hnt）粉末，超声分散20~30min，于110~120℃下回流24小时，过滤，用甲苯洗涤，干燥，即得胺基化埃洛石纳米管（hnt-nh2）。3-氨基丙基三乙氧基硅烷与埃洛石纳米管的质量比为3:1~3.5:1。

（2）hnt/go/agnps复合材料的制备：将酰氯化的石墨烯（go-cocl）和hnt/agnps以2:1~1.5:1的质量比加入无水n,n-二甲基甲酰胺中，氮气保护下110~120℃反应72~96小时，过滤，洗涤，干燥，得到hnt/go/agnps复合材料。

石墨烯的酰氯化：将石墨烯（go）、氯化亚砜和n,n-二甲基甲酰胺混合，在60~80℃下搅拌反应20~24小时，用四氢呋喃离心洗涤，得到酰氯化的石墨烯（go-cocl）。石墨烯（go）、氯化亚砜、n,n-二甲基甲酰胺以（198~205）:（38~44）:1的质量比混合。

（3）hnt/go/agnps/gce修饰电极的制备：将hnt/go/agnps复合材料分散于浓度3~6mg/ml壳聚糖溶液中，形成hnt/go/agnps浓度为1.5~2mg/ml的分散液，再将该分散液滴涂在打磨好的玻碳电极表面，红外灯下烤干，制得hnt/go/agnps/gce修饰电极。

（4）ppy/hnt/go/agnps/gce修饰电极的制备：以hnt/go/agnps/gce修饰电极、铂电极，饱和甘汞电极为三电极体系，插入浓度0.01~0.05mol/ml的吡咯乙醇溶液中，采用循环伏安法将吡咯聚合到电极表面，制得ppy/hnt/go/agnps/gce修饰电极。

循环伏安法电聚合的条件为：电聚合范围是-0.3~0.85v，聚合圈数为5~10圈，扫速为50~100mv/s。

图1为将埃洛石纳米管（hnt），胺基化的埃洛石纳米管（hnt-nh2），酰氯化的石墨烯（go-gocl）和hnt/go/agnps的红外光谱图。与hnt相比，hnt-nh2在1560cm^-1处有峰是nh2的振动峰，1490cm^-1是nh的振动峰，说明hnt-nh2成功合成；在hnt/go/agnps上1730cm^-1处是酰胺键的振动峰，说明hnt/go/agnps成功合成。

二、基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器检测对乙酰氨基酚和多巴胺

以基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，插入对乙酰氨基酚和多巴胺的ph5.2的磷酸缓冲溶液中，在优化的实验条件下（优化的实验条件为：hnt/go/agnps分散液的滴涂量为6微升，电聚合吡咯的圈数为5圈，最佳ph=5.2），通过差分脉冲伏安法对对乙酰氨基酚和多巴胺进行dpv扫描，得到不同浓度的对乙酰氨基酚和多巴胺的dpv图；采用origin软件绘制电化学传感器在不同浓度的对乙酰氨基酚和多巴胺的响应电流与浓度的线性关系图。

图2为对乙酰氨基酚浓度为5μm的条件下，不同浓度的多巴胺的ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器上的dpv图。图3为多巴胺氧化峰电流与其浓度的线性关系图。由图3得出，多巴胺氧化峰电流与其浓度的线性关系如下：

ip(μa)=-0.0306c(da)(μμ)+2.7719

多巴胺的浓度范围8~37μmol，检测限为0.86μmol/l。

图4为多巴胺浓度为30μm的条件下，不同浓度的对乙酰氨基酚的ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器上的dpv图。图5为对乙酰氨基酚氧化峰电流与其浓度的线性关系图。由图5得出，对乙酰氨基酚氧化峰电流与其浓度的线性关系如下：

ip(μa)=-0.01997c(ac)(μμ)-1.9806

对乙酰氨基酚的浓度范围4~37μmol，检测限为0.34μmol/l。

抗干扰能力测试：将ppy/hnt/go/agnps/gce为修饰电极、铂电极作为对电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系插入抗坏血酸、葡萄糖及各种阴阳离子（如：ca²⁺、k⁺、na⁺、mg²⁺、so4^2-、co3^2-、no3^2-等）、乙酰氨基酚和多巴胺的混合溶液中，在优化好的实验条件（优化的实验条件为：hnt/go/agnps分散液的滴涂量为6微升，电聚合吡咯的圈数为5圈，最佳ph=5.2）下进行扫描。观察干扰物质对对乙酰氨基酚、多巴胺峰电流的影响的百分比。

图6、7分别为干扰物质对对乙酰氨基酚、多巴胺峰电流的影响的百分比。由图6、7可以看出，本发明制备的ppy/hnt/go/agnps/gce修饰电极对抗坏血酸、葡萄糖及各种阴阳离子（如：ca²⁺、k⁺、na⁺、mg²⁺、so4^2-、co3^2-、no3^2-等）均有较强的抗干扰能力。

三、基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器对乙酰氨基酚和多巴胺的稳定性测试

稳定性测试：将以ppy/hnt/go/agnps/gce为修饰电极、铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系插入对乙酰氨基酚和多巴胺的混合溶液中，在优化好的实验条件（优化的实验条件为：hnt/go/agnps分散液的滴涂量为6微升，电聚合吡咯的圈数为5圈，最佳ph=5.2）下进行循环伏安法扫描50圈，其响应信号分别保持原来的91.47%，90.62%，说明该传感器具有良好的稳定性（图8）。

综上所述，本发明构建的ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器具有特异性识别功能，能够将对乙酰氨基酚和多巴胺的氧化峰完全分开，且不会相互干扰，实现了对对乙酰氨基酚和多巴胺同时检测；而且检测方法快速简便，具有良好的稳定性和重现性。

附图说明

图1为将埃洛石纳米管（hnt），胺基化的埃洛石纳米管（hnt-nh2），酰氯化的石墨烯（go-gocl）和hnt/go/agnps的红外光谱图；

图2为对乙酰氨基酚浓度为5μm的条件下，不同浓度的多巴胺的ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器上的dpv图。

图3为多巴胺氧化峰电流与其浓度的线性关系图。

图4为多巴胺浓度为30μm的条件下，不同浓度的对乙酰氨基酚的ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器上的dpv图。

图5为对乙酰氨基酚氧化峰电流与其浓度的线性关系图。

图6为干扰物质对对乙酰氨基酚峰电流的影响的百分比。

图7为干扰物质对多巴胺峰电流的影响百分比。

图8为电化学传感器对多巴胺和对乙酰氨基酚的稳定性伏安响应图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器的制备以及检测对乙酰氨基酚和多巴胺的具体应用做详细说明。

实施例1、ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器的制备

（1）埃洛石纳米管（hnts）的胺基化：取2ml3-氨基丙基三乙氧基硅溶液，加入25ml无水甲苯中，加入0.6ghnt粉末超声分散30分钟，然后在120℃下回流24小时，过滤，用甲苯洗涤6次，120℃干燥10h过夜，即得胺基化的埃洛石纳米管hnt-nh2。

（2）取0.5g胺基化的埃洛石纳米管hnt-nh2，加入10ml去离子水中并搅拌分散均匀，向其中缓慢加入硝酸银溶液（含硝酸银0.034g）并搅拌30分钟，加入2ml新制硼氢化钠溶液（含硼氢化钠75mg），反应物由白色变为暗黄色，在hnt-nh2形成银纳米粒子，得复合物hnt/agnps。

（3）氧化石墨烯的酰氯化：石墨烯（go）根据hummers法合成。将石墨烯、氯化亚砜和n,n-二甲基甲酰胺以200:40:1的质量比加入圆底烧瓶中，70℃下搅拌反应24小时，用四氢呋喃离心洗涤，得到酰氯化的氧化石墨烯（go-gocl）。

（4）hnt/go/agnps复合材料的制备：取酰氯化的石墨烯go-gocl38mg，复合物hnt/agnps19mg，加入到40ml无水n,n-二甲基甲酰胺中，氮气保护下在120℃反应96小时；反应液倒入水-丙酮（1:1v/v）中过滤，滤饼用dmf超声溶解，用水和丙酮过滤三次沉淀，丙酮洗至不含多余的酰胺，干燥，得到hnt/go/agnps复合材料，将其分散在无水n,n-二甲基甲酰胺中形成浓度为2mg/ml的lhnt/go/agnps分散液，备用；

（5）hnt/go/agnps/gce修饰电极的制备：将玻碳电极打磨至镜面，分别用乙醇，二次蒸馏水超声清洗后用氮气吹干。取6μlhnt/go/agnps分散液，滴涂在打磨好的玻碳电极表面，红外灯下烤干，制得hnt/go/agnps/gce修饰电极。

（6）ppy/hnt/go/agnps/gce修饰电极的制备：以hnt/go/agnps修饰电极作为工作电极，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，浸入吡咯溶液（溶液的浓度0.05mol/ml）中，以循环伏安法扫描将吡咯聚合到电极表面，制得ppy/hnt/go/agnps/gce修饰电极——基于埃洛石纳米管和石墨烯的电化学传感器。

循环伏安法扫描条件为：电位范围是-0.3~0.85v，聚合圈数为5圈，扫速为100mv/s。

实施例2、ppy/hnt/go/agnps/gce电化学传感器同时检测对乙酰氨基酚和多巴胺

（1）样品溶液的配制：分别称取7.6mg的对乙酰氨基酚和9.4mg的多巴胺，用ph为5.2的磷酸缓冲溶液分别定容到50ml，即配制好浓度为1×10^-3mol/l的母液。根据不同的浓度需求使用移液枪移取不同体积的母液进行稀释，配制得到不同浓度的样品溶液。

（2）检测对乙酰氨基酚和多巴胺

以实施例1制备的ppy/hnt/go/agnps/gce修饰电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在优化的实验条件下（hnt/go/agnps分散液的滴涂量为6微升，电聚合吡咯的圈数为5圈，最佳ph=5.2），通过差分脉冲伏安法进行电化学检测。

测得乙酰氨基酚峰电流为-0.5949μa；依据峰电流和浓度的线性关系，计算得到乙酰氨基酚的浓度19.87μm；

测得多巴胺峰电流为-0.5762μa；依据峰电流与多巴胺浓度的线性关系，计算得到多巴胺的浓度为19.73μm。