复合膜修饰炭纤维电极及其制备方法和使用方法

本发明涉及生物检测，特别是涉及一种复合膜修饰炭纤维电极及其制备方法和使用方法。

背景技术：

1、随着人类大脑计划的开启，神经科学的进步如雨后春笋般蓬勃发展。神经生理学中的重要物质如神经调节剂、生物大分子和毒物在神经元间信号传递中发挥重要作用。神经电化学传感技术通过将监测电极植入在研究的脑组织或神经细胞，并通过电催化氧化还原、特异性结合等原理。直接对专一或多种标志物进行实时和原位监测，以探究其可能涉及的生理机制或发现可测量的潜在化学参数。神经电化学传感技术对神经化学物质动力学的定量分析能为验证神经科学猜想或填补机制空白提供一种直接的方法。

2、目前为止，神经电化学传感技术已经在多种生物层面上得到了广泛应用。例如，在离体的脑片，神经细胞和活体层面进行检测，但对电极的多项性能有较高要求。首先电极需要能在复杂的真实生理环境中对标志物专一而定量的响应。其次电极应具有稳定性，能够长期监测并抵抗外力破坏。而且在真实生理环境下，材料会持续受到生物污染物的影响。因此电极需具有抵抗污染的能力，灵敏度不会持续显著下降以保证监测数据可靠。最重要的是，电极应该具有良好的生物相容性，材料长期植入不会对被监测者产生危害。因此，卓越的电极修饰策略显得格外重要。

3、在生物标志物监测中，膜材料常发挥关键作用，其重要性体现在生物保护、搭载催化材料、抵抗污染和机械力等。它在能够抵抗外界干扰的同时保证高效的监测性能，因此常常被用于生物传感器的修饰。3-己基噻吩是一种优良的成膜材料，能够聚合生成具有卓越电学和机械性能的聚3-己基噻吩薄膜，并且具有良好的生物相容性。p3ht常应用于光伏、有机半导体等领域，但从未在植入式监测中得到应用。并且p3ht能在其搭载的催化材料表面成膜，并提供有效的电荷传输途径。鉴于p3ht优良的成膜能力、电学性能、机械性能和生物相容性，其在植入式电极的修饰中有巨大的潜在应用价值。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，提出一种复合膜修饰炭纤维电极及其制备方法和使用方法，用于真实生物体系中的抗坏血酸监测。

2、本发明采用以下技术方案：

3、根据本发明的第一方面，提供一种复合膜修饰炭纤维电极，包括碳纤维微电极，所述碳纤维微电极被n-mwcnts复合膜修饰，所述n-mwcnts复合膜被包裹、镶嵌和附着在薄膜的内外。

4、进一步地，所述薄膜通过3-己基噻吩单体在三价铁离子的氧化作用下聚合成聚3-己基噻吩低分子，然后逐渐自组装成聚3-己基噻吩高分子，最后均匀地形成。

5、根据本发明的第二方面，提供一种如上所述的复合膜修饰炭纤维电极的制备方法，所述制备方法包括：

6、制备碳纤维微电极；

7、制备3-己基噻吩、n-mwcnts和六水氯化铁的混合溶液；

8、基于电势控制安培法，将所述碳纤维微电极在碱液中以恒定电压作用一段时间，并利用循环伏安法在-1.2～1.2v范围内以预设扫描速率进行扫描直到获得稳定的循环伏安图，以激活碳纤维微电极表面；

9、将激活后的碳纤维微电极浸入所述3-己基噻吩、n-mwcnts和六水氯化铁的混合溶液中后洗涤并干燥得到复合膜修饰炭纤维电极。

10、进一步地，所述制备碳纤维微电极，包括：

11、从电极上拉出一个玻璃毛细管，制成两个锥形的玻璃涂层碳纤维电极，每个玻璃涂层碳纤维电极的细尖端被折断成直径10-15μm；

12、将玻璃涂层碳纤维电极按照丙酮、硝酸、koh和超纯水顺序，每5分钟处理一次，并在真空干燥箱干燥；

13、玻璃涂层碳纤维电极放在干净的玻璃板上并在铜线超过玻璃毛细管处进行粘贴；

14、将玻璃涂层碳纤维电极连接铜丝插入玻璃毛细管中，所述玻璃涂层碳纤维电极暴露在所述玻璃毛细管的细开口端，铜丝暴露在所述玻璃毛细管的另一端；

15、将玻璃毛细血管暴露铜丝的一端垂直浸入熔融的石蜡池中，其中石蜡不接触一端的碳纤维，在室温空气中固化石蜡；

16、将暴露的碳纤维切割至约200～250μm得到所述碳纤维微电极。

17、进一步地，所述制备3-己基噻吩、n-mwcnts和六水氯化铁的混合溶液，包括：

18、在一个体积的氯仿中，加入n-mwcnts和3-己基噻吩；

19、将过量的六水氯化铁分别添加到两个体积的氯仿中，溶液中的fe3+促进n-mwcnts和电极表面3-ht聚合物的产生；

20、两种溶液分别超声以促进分散溶解；

21、超声破碎后，过滤出饱和氯化铁溶液，置于n-mwcnts和3-己基噻吩混合溶液中，均匀搅拌。

22、进一步地，一个体积的氯仿为0.9ml，在一个体积的氯仿中，加入0.038g,2.8wt％的n-mwcnts和45μl,28μm的3-己基噻吩。

23、进一步地，基于电势控制安培法，将所述碳纤维微电极在1m naoh中以+1.5v电压作用80s。

24、进一步地，利用循环伏安法在-1.2～1.2v范围内以50mv·s-1的扫描速率进行扫描直到获得稳定的循环伏安图。

25、进一步地，将激活后的碳纤维微电极浸入所述3-己基噻吩、n-mwcnts和六水氯化铁的混合溶液中后，利用超纯水洗涤，直至洗涤液为无色后在室温下干燥得到复合膜修饰炭纤维电极。

26、根据本发明的第三方面，提供如上所述的复合膜修饰炭纤维电极的使用方法，所述使用方法包括：

27、将所述复合膜修饰炭纤维电极伸入至脑组织细胞外液中；

28、根据所述复合膜修饰炭纤维电极检测到的电信号反应确定抗坏血酸的存在或者抗坏血酸的浓度。

29、进一步地，将所述复合膜修饰炭纤维电极伸入至脑组织细胞外液中，之后，所述使用方法包括：

30、使用nmdar阻断剂和cl-通道阻断剂阻断。

31、与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：

32、本发明提出了一种在常温常压下一锅法制备的cfme/p3ht-n-mwcnts微电极。展示了传感器的制备过程和形貌结构，并揭示了p3ht-n-mwcnts复合膜良好的线性、选择性、稳定性、抗污性和生物相容性，并进一步把cfme/p3ht-n-mwcnts应用于大鼠脑片和ht22细胞水肿过程的aa释放监测。证明谷氨酸兴奋nmdar诱导胞内aa外排到细胞外液，同时证实aa释放受细胞水肿过程控制。本发明的这一具有巨大潜在应用价值的膜材料，提供了一种温和、简便和大规模的微电极制备策略，为在体植入材料、神经科学机制研究和医学诊断提供了新的实际应用机会。

33、本发明首次对复合膜修饰的cfme的电化学表现和生物监测性能进行整体评估。证明该电极具有良好的线性、选择性、稳定性、抗污性和生物相容性，满足生物体系的监测需要。并且首次在脑片和细胞层面同时实现了对脑水肿诱导的aa外排监测和机制探究。证明谷氨酸通过激活nmdar诱导aa释放，同时证实了该过程中aa释放的脑水肿相关性。cfme/p3ht-n-mwcnts对脑片和神经细胞在生理和病理情况下的aa监测，展示出了该策略在神经科学机制研究的实际应用场景和监测效果。能够实现简便和大规模制备的p3ht膜展现出的巨大潜在应用价值，无疑会为其他标志物的神经电化学传感提供一种新的选择，并推动在体植入材料、神经科学机制研究和医学诊断的进步。