一种电化学传感器及其制备方法和应用

本发明属于电化学检测，具体涉及一种电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、对乙酰氨基酚(acop)长期以来一直被用作解热镇痛药，常用于治疗发烧，缓解头痛、关节痛、神经痛和肌痛引起的轻度至中度疼痛。acop的合成中有两种主要杂质，分别为对硝基苯酚(pnp)和对氨基苯酚(pap)。其合成原料pnp是一种高度危险的酚类物质，容易导致癌症和突变。即使在非常低的浓度下，它对人体和环境也具有很高的毒性，并且可以在环境中长时间保存而不发生降解。pap是acop的合成中间体或水解代谢产物，具有显著的肾毒性和致畸性。国际食品和药物管理局规定，acop中pap的允许上限为50ppm。近几十年来，已经开发了多种acop检测方法，包括分光光度法、色谱法、化学发光法等方法。但大多数技术耗时较久，需要非常复杂的预处理过程。然而，电化学分析方法具有制备简单、操作方便、响应快和灵敏度显著的优点。但到目前为止，很少有人致力于同时伏安法测定药物制剂或生物样品中的acop及其合成杂质pap和pnp。因此，建立一种用于同时检测多种组分的低成本、高效益的电化学测量仍然是一个巨大的挑战。

2、碳纤维微电极(cfme)具有比表面积大、生物相容性好、电子传递性能好和尺寸极小的优点。它广泛用于检测神经递质、金属离子和体内神经化学物质监测。然而，cfme的电化学性能极其依赖于适当的传感表面修饰。纳米金由于其制备简单、电催化活性优异、比表面积大和生物相容性优异等优点，在新型电化学检测器的构建中备受关注。纳米钌具有良好的导电性，可作为电极表面快速电子转移的媒介，从而使传感器具备优异的检测灵敏度。研究表明，双金属纳米颗粒一些可能的协同效应为提高电催化性能提供了新的视角。例如，au-cu双金属纳米颗粒在砷(iii)检测中显示出优异的抗干扰性能。

3、为此，如图1所示，本发明通过合成纳米钌颗粒(runps)和纳米金颗粒(aunps)，并在cfme表面进行修饰，以开发一种有潜力的电化学传感器。得益于runps和aunps之间的协同效应，该传感器对于同时检测acop、pap和pnp具有高选择性和灵敏度。

技术实现思路

1、本发明的目的提供一种可同时或单独检测acop、pap和pnp的电化学传感器。

2、为此，本发明提供了一种电化学传感器，包括工作电极，所述工作电极包括碳纤维微电极和沉积在所述碳纤维微电极表面的纳米颗粒；所述纳米颗粒包括纳米钌颗粒和纳米金颗粒。

3、本发明还提供了上述电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)制备纳米钌颗粒胶体和纳米金颗粒胶体备用；

5、(2)碳纤维微电极洗涤后，在纳米钌颗粒胶体中电泳沉积，使电极表面沉积纳米钌颗粒；

6、(3)彻底冲洗制备好的纳米钌颗粒/碳纤维微电极，继续在纳米金颗粒胶体中进行电泳沉积，得到纳米金颗粒/纳米钌颗粒/碳纤维微电极(aunps/runps/cfme)电化学传感器。

7、具体的，上述步骤(2)中在+1.4～1.8v的纳米钌颗粒胶体中电泳沉积10～20分钟。

8、具体的，上述步骤(3)中在+1.4～1.8v的纳米金颗粒胶体中电泳沉积10～25分钟。

9、本发明还提供了利用上述电化学传感器同时或单独检测对乙酰氨基酚、对氨基苯酚和对硝基酚的方法，包括以下步骤：

10、(1)用缓冲液配制不同浓度的对乙酰氨基酚、对氨基苯酚和对硝基酚标准溶液；

11、(2)将电化学传感器的工作电极与参比电极构成双电极体系，利用电化学测量方法，将工作电极浸入各标准溶液中孵育，记录相应电流值，以标准溶液浓度和电流值分别绘制对乙酰氨基酚、对氨基苯酚和对硝基酚的浓度-电流值标准曲线；

12、(3)向经前处理的待测样品中加入缓冲液进行稀释，利用步骤(2)中电化学测量方法检测待测样品的电流值，根据浓度-电流值标准曲线计算得到待测样品中对乙酰氨基酚、对氨基苯酚和对硝基酚的含量。

13、具体的，上述缓冲液为0.05～0.2mol/lpbs缓冲液，ph为4.0～7.0。

14、具体的，上述参比电极为ag/agcl电极。

15、具体的，上述电化学测量方法包括循环伏安法、电化学阻抗谱法、差分脉冲伏安法。

16、所述循环伏安法以0.1v/s的扫描速率在0-1.0v记录cv信号；所述差分脉冲伏安法在0.1v脉冲幅度和0.005v电位阶跃下进行实验，采用的电位范围为-0.2-1.2v；所述电化学阻抗谱法在标准铁氰化钾溶液中收集eis测量值，频率设定为0.1-100khz，开路电位为+0.20v，电压振幅为10mv。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

18、本发明提供的这种电化学传感器利用双金属纳米颗粒的协同电催化作用，对于检测acop、pap和pnp表现出优异的灵敏度、稳定性和抗干扰性能。该电化学传感器可成功应用于人血清样品acop的电化学检测，回收率达95.9-100.5％，有望为acop的定量分析提供解决方案，在药物动力学和药理学研究中具有巨大的应用潜力。本发明提供的方法对acop、pap和pnp表现出灵敏的伏安响应，线性范围宽，检测限分别为6.192nmol/l、0.13μmol/l和0.05μmol/l(s/n＝3)，具有高灵敏度、高选择性和可靠性。

19、以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种电化学传感器，包括工作电极，其特征在于：所述工作电极包括碳纤维微电极和沉积在所述碳纤维微电极表面的纳米颗粒；所述纳米颗粒包括纳米钌颗粒和纳米金颗粒。

2.如权利要求1所述电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的电化学传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中在+1.4~1.8 v电压下于纳米钌颗粒胶体中电泳沉积10~20分钟。

4.如权利要求2所述的电化学传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中在+1.4~1.8 v电压下于纳米金颗粒胶体中电泳沉积10~25分钟。

5.如权利要求1所述电化学传感器在同时或单独检测对乙酰氨基酚、对氨基苯酚和对硝基酚中的应用。

6.一种利用权利要求1所述电化学传感器同时或单独检测对乙酰氨基酚、对氨基苯酚和对硝基酚的方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述方法，其特征在于：所述缓冲液为0.05~0.2 mol/l pbs缓冲液，ph为4.0~7.0。

8.如权利要求6所述方法，其特征在于：所述参比电极为ag/agcl电极。

9.如权利要求6所述方法，其特征在于：所述电化学测量方法包括循环伏安法、电化学阻抗谱法、差分脉冲伏安法。

10.如权利要求9所述方法，其特征在于：所述循环伏安法以0.1 v/s的扫描速率在0-1.0 v记录cv信号；所述差分脉冲伏安法在0.1 v脉冲幅度和0.005 v电位阶跃下进行实验，采用的电位范围为-0.2-1.2 v；所述电化学阻抗谱法在标准铁氰化钾溶液中收集eis测量值，频率设定为0.1-100 khz，开路电位为+0.20 v，电压振幅为10 mv。

技术总结
本发明属于电化学检测技术领域，具体提供一种电化学传感器，包括工作电极，所述工作电极包括碳纤维微电极和沉积在所述碳纤维微电极表面的纳米颗粒；所述纳米颗粒包括纳米钌颗粒和纳米金颗粒。该电化学传感器利用双金属纳米颗粒的协同电催化作用，对于检测ACOP、PAP和PNP表现出优异的灵敏度、稳定性和抗干扰性能。该电化学传感器可成功应用于人血清样品ACOP的电化学检测，回收率达95.9‑100.5%，有望为ACOP的定量分析提供解决方案，在药物动力学和药理学研究中具有巨大的应用潜力。本发明还提供了同时或单独检测ACOP、PAP和PNP的方法，该方法对ACOP、PAP和PNP表现出灵敏的伏安响应，线性范围宽，检测限分别为6.192 nmol/L、0.13μmol/L和0.05μmol/L(S/N=3)，具有高灵敏度、高选择性和可靠性。

技术研发人员：程寒,施敏,马雯雯,潘彦冰,胡克菲,黄先菊,李竣
受保护的技术使用者：中南民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15