石墨烯—聚苯乙烯磺酸鹽鉑復合物的制備及在多巴胺檢測中的應用

摘要：在微波輔助條件下，還原石墨烯氧化物和氯鉑酸，一步反應制備了石墨烯聚苯乙烯磺酸鹽鉑納米復合物。利用透射電鏡技術，X射線衍射技術和拉曼光譜技術表征了該納米復合物的形貌和結構。研究了多巴胺在此納米復合物上的電化學行為，并探討了計時安培法檢測多巴胺的可行性。

關鍵詞：石墨烯； 聚苯乙烯磺酸鹽； 鉑納米粒子； 電分析；多巴胺

1引言

多巴胺是一種重要的神經遞質，它在神經系統、心血管系統，以及調節腎臟功能、荷爾蒙的分泌等方面有重要作用[1，2]。據報道，一些疾病，如癲癇，精神分裂癥，帕金森病等，均與體內多巴胺濃度的失衡有關[3]。因此， 建立一種準確檢測生物體內的多巴胺的方法是十分必要的。光譜分析方法[4]、色譜分析方法[5]、電分析方法已經被用于檢測多巴胺[6]。電分析方法靈敏度高，操作簡便，響應快速，且儀器價廉，因此更具有吸引力[7]。目前，多種基于新型納米材料的電分析方法已被成功用于檢測多巴胺[8，9]。

石墨烯（GN）是一種由單層石墨片組成的二維納米材料，它具有較高的導電性能 （103～104Sm）， 較大的表面積（理論值2630 m2g） 以及價格低廉等優點[10]，因此受到了人們的關注[11]。Wang等證實了GN修飾電極在多巴胺檢測方面比碳納米管更具優勢[12]。Lim等利用GN同時檢測了雙鏈DNA中的4個堿基對[13]。Guo[14]和Zhou[15]等報道了GN對輔酶、過氧化氫、抗壞血酸、尿酸、對乙酰氨基酚、三硝基甲苯等物質具有良好的電化學響應。最近，本課題組報道了一種新型磺基丙氨酸GN復合膜材料，并將其應用于電化學檢測甲硝唑[16]。以上實例證明了GN能夠用于構建高性能電化學傳感器。然而，若使 GN能夠廣泛應用，首先需要解決其合成問題。將石墨烯氧化物（GO）進行化學還原是一種制備GN的有效方法。但是反應中使用的還原劑多為較高毒性或爆炸性的試劑，如肼、二甲肼、硼氫化鈉、對苯二酚等[17]。此外，還原得到的GN在范德華力作用下易于聚沉，限制了GN材料的應用。因此，有必要發展一種環境友好的合成方法來制備GN及其復合物，并提高GN在水溶液中的分散能力。

本研究利用微波輔助條件制備了一種石墨烯聚苯乙烯磺酸鹽鉑納米復合物（GNPSSPt），采用環境友好的乙二醇為還原劑，克服了GN制備中的環境危害問題。結合微波輔助條件，成功地將GO和氯鉑酸同時還原，并將反應時間縮短到2 min內，提高了GN復合物制備的可操作性。此外，GN和鉑納米粒子具有協同的催化作用，使多巴胺在此合材料上的電化學響應明顯提高。通過記錄多巴胺在此材料上的氧化電流，對其進行檢測。本方法亦在檢測人尿液和血清中多巴胺的應用中展示出了較好的選擇性和較高的靈敏度。

2實驗部分

2.1儀器與試劑

其氧化峰和還原峰電位分別為0.619和0.216 V，電位差為0.403 V（曲線a）。在GNPSS所修飾的玻碳電極上，多巴胺的氧化峰電流較裸電極相比提高了3.45倍，且氧化峰和還原峰電位差縮小為0.322 V。氧化峰和還原峰之間的電位差減小表明其電子轉移速率常數有所提高（曲線b）。相比之下，在GNPSSPt所修飾的玻碳電極上（曲線c），多巴胺有最佳的電化學響應，其峰電流較裸電極提高了6.65倍，氧化峰和還原峰電位差進一步縮小為0.173 V。多巴胺在GNPSSPt上響應的提高可能歸因于GN的高導電性、大的表面積，以及鉑納米粒子出色的催化性能。因此，GNPSSPt納米復合物有希望實現對多巴胺的檢測。

3.3pH值和掃速的影響

3.6樣品分析

為了證明GNPSSPt 納米復合物電極的實用性，考察了人血清和尿液樣品中（樣品由BR緩沖液稀釋30倍）檢測多巴胺的回收率（表1），其回收率和相對標準偏差均在可以接受的范圍內。結果表明，本實驗制備的GNPSSPt 納米復合物，結合了GN和鉑納米粒子的優點，對多巴胺的氧化還原反應展示出了較高的電催化活性。GNPSSPt納米復合物修飾的電極對多巴胺檢測線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低，有望用于實際樣品中的多巴胺檢測。