以石墨烯修飾的碳納米電極選擇性測定多巴胺研究

孫寶鋒 王佳 遲鶴 于瑩瑩（沈陽師范大學， 遼寧 沈陽 110000）

以石墨烯修飾的碳納米電極選擇性測定多巴胺研究

孫寶鋒 王佳 遲鶴 于瑩瑩（沈陽師范大學， 遼寧 沈陽 110000）

本文采用了電聚合的方法制備了桑色素/石墨烯復合來修飾電極，并對多巴胺在該修飾點擊上的電化學現象進行了研究。由于桑色素與石墨烯生物活性上的相互間的作用，使電極的比表面積增大了很多，因此檢測的靈敏度有了很大程度的提高，加快了很多，因而獲得了較低的檢出限和較寬的線性范圍，從而測定了多巴胺的選擇性。

分析化學；電化學；碳納米電極；石墨烯；多巴胺

1　研究現狀簡析

多巴胺（Dopamine，DA）是哺乳動物和人類神經中樞系統內的一種非常重要的神經遞質，屬于兒茶酚類物質，分子式C8H11NO2。還具有調節精神情緒、軀體的運動、以及調控心血管活動的作用，這些原因導致多巴胺的含量將會直接影響人體或動植物體神經功能的失調，如果體內的多巴胺含量缺失，會引起精神分裂癥、帕金森綜合征和精神紊亂。除此之外，多巴胺還有興奮心臟，治療精神紊亂、支氣管哮喘、高血壓等疾病。石墨烯（GN）從物理微觀角度看是碳原子以sp2雜化后連接的單原子層構成的新型二維納米材料，被稱為“碳材料之母”。由于石墨烯的良好的生物相容性，引起了眾多科研人員的廣泛關注和研究興趣，并且被廣泛應用到修飾電極、化學電源、生物傳感器等領域。由于實驗室中可以運用電化學的方法來自行修飾電極，通過設計來制作相應的需求電極，所以得到了廣泛的研究和應用，此研究與其他領域相關聯，它可以顯示出電催化、光電效應、電色效應、表面配合等功能。

目前測定DA的主要方法有流動性注射化學發光法、高效液相色譜法等。DA在普通電極上的電子傳遞速率緩慢，且其本身或反應物容易在電極表面吸附，導致電極表面鈍化，利用有特定功能的化學修飾電極就可以避免電極表面的污染，從而進行電催化測定。

2　實驗

（1）實驗試劑及儀器 儀器：三電極系統：輔助電極（鉑絲電極）；參比電極（飽和甘汞電極）；工作 電極（玻碳電極、桑色素/石墨烯修飾電極） 紅外燈；超聲波清洗儀試劑：桑色素；石墨烯納米片；磷酸鹽緩沖溶液；多巴胺；二次蒸餾水。

（2）石墨烯的制備 本實驗采用的的石墨烯是通過改進后的Hummer的方法制備的，具體方法是將氧化石墨烯分散在水中，再向所得的分散液中加入肼和氨的混合液，對其緩慢加熱至95℃，載回流1h，減壓過濾，再用洗滌，洗滌液是二次蒸餾水和甲醇的混合液，洗四次后，最后在空氣中用紅外燈干燥，即可得到石墨烯，將所得放在二次蒸餾水中保存備用。

（3）修飾電極的制備 取石墨烯滴涂在用金相砂紙上打磨后再用三氧化二鋁粉拋光成鏡面，最后用水沖洗電極表面之后，室溫晾干的玻碳電極表面上，再用紅外光燈烘干，制得石墨烯修飾的玻碳電極，再將其桑色素的PBS溶液中，靜止條件下用三電極體系制得桑色素/石墨烯修飾的復合電極。

（4）碳納米管的應用原理 經查閱資料以及研究我們發現，碳納米管的化學界面的分子識別性特別低，換言之，電極選擇性非常低，但是，當我把聚合物修飾到電極上面后，碳納米管的化學界面的分子選擇性和識別性立刻提高了很多，并且由于其特殊結構的疏水性，時CNTs可以與一些有機化合物作用，形成新的納米結構，基于共軛效應，單鏈DNA可以和碳納米管進行作用，形成納米聚合物，使它在分析化學中通過電化學方法測神經遞質的作用擴大了。

（5）DNA修飾CNTs的研究狀況 隨著碳納米管合成技術和純化方法的不斷完善，人們開始對碳納米管的應用產生了很大的興趣，碳納米管的化學及生物分子修飾也就具有了非常重要的意義。由于碳納米管本身不具備分子識別能力，這對與修飾電極來說是不小的麻煩。所以要尋找一種可以有分子識別能力的物質，修飾在碳納米管上以進行研究。而生物體內的DNA分子因具有堿基互補配對原則而具有分子識別能力，所以將DNA與碳納米管相結合，使DNA功能化碳納米管進而解決一系列的基因疾病就成為了研究重點。這也為碳納米管在生物醫學領域的應用奠定了基礎。DNA在CNTs上固定方法常用的有兩種：其中一種是羧基化的CNTs與氨基化的DNA或DNA自身所帶氨基通過縮合方式進行共價鍵合固定；另一種是通過SWCNTs壁與ssDNA之間的π-π共軛進行非共價鍵合固定。

利用DNA-單壁碳納米管/聚苯胺（PANI）復合膜是目前最簡便及有效選擇性測定多巴胺的方法之一。這種方法需要在振幅50mV，脈沖50ms，脈沖周期0.2s的條件下進行實驗。從實驗可以看出DNA-單壁碳納米管/聚苯胺（PANI）復合膜修飾的電極上多出很多具有豐富的活性功能的基團，這些基團加速了多巴胺電子轉移的速率，從而增加了DA的電化學響應。在選擇性測量多巴胺時，抗壞血酸（AA）是極大的干擾。而此修飾電極可以使DA與AA的氧化峰分離，將這種干擾降低到最低。

3　結語

本實驗采用了電聚合的方法制備了桑色素/石墨烯復合修飾電極，該復合修飾電極對多巴胺的檢測表現出了較高的選擇性，因為存在桑色素與石墨烯的π-π共軛的作用，時電極的比表面積增大了，于是檢測的靈敏度也隨之提高。多巴胺的濃度與其較高的峰電流具有良好的較寬的線性關系，檢測出了較低的檢出限達到9.0×10-9mol/L。

［1］李利軍，鐘招亨，馮軍，等.流動注射化學發光法測定鹽酸多巴胺.分析測試學報，2007，26（1）：125-127.

［2］喬坤云，高繼玲.高效液相色譜法測定尿液中兒茶酚胺類物質.分析科學學報，2005，21（2）：219-220.

孫寶鋒（1993-），男，漢族，遼寧省普蘭店市人，本科，沈陽師范大學，研究方向：化學教育。