石墨烯/多壁碳納米管固載亞甲基藍(lán)復(fù)合膜修飾電極測定尿酸

邢 鑫，翁前鋒

(遼寧師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 大連 116029)

尿酸(UA)是嘌呤代謝的最終產(chǎn)物并存在于尿液和血清中[1-2]。尿酸濃度異常會引起一系列疾病如高尿酸血癥、痛風(fēng)、關(guān)節(jié)炎、腎功能不全等[3-5]。此外，以前的報告顯示，一旦尿酸的濃度超過一定值時，胰島素的信號將被直接抑制[6]。目前有很多種檢測尿酸濃度的方法，包括液相色譜、分光光度法、化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)方法。由于尿酸是擁有電活性的生物分子，因此基于修飾電極的電化學(xué)方法是首選的方法。電化學(xué)方法擁有許多優(yōu)點(diǎn)，如儀器簡單，靈敏度高，性價比高，可在線檢測。

亞甲基藍(lán)(MB)是一種生物染料，擁有較活潑的電子轉(zhuǎn)移體，能用于修飾電極并在較低電位選擇氧化目標(biāo)物質(zhì)，在導(dǎo)電基質(zhì)上擁有良好的電化學(xué)行為，其可在處理過的玻碳電極上聚合成一層具有良好電活性和電催化性能的導(dǎo)電聚合薄膜。

在前期制做了石墨烯多壁碳納米管的基礎(chǔ)上，采用滴涂法制備了聚亞甲基藍(lán)/石墨烯多壁碳納米管復(fù)合膜修飾電極(PMB/ERGO-MWCNTs/GCE)，研究了尿酸在此電極上的電化學(xué)行為。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器和試劑

LK2005型電化學(xué)工作站，天津市蘭力科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司；三電極體系：玻碳電極為基體工作電極(φ=2 mm)，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲為對電極；PHS-3C精密pH計，上海雷磁儀器廠；78-1磁力加熱攪拌器，常州國華電器有限公司；凱特離心機(jī)，鹽城實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；WS70-1型紅外線快速干燥器，北京儀表有限公司通州分公司；KQ2200DB型數(shù)控超聲波清洗器。

氧化石墨烯(自制)；多壁碳納米管，南昌太陽納米技術(shù)有限公司；尿酸(SIGMA-ALDRICH)；亞甲基藍(lán)，上海試劑三廠；磷酸氫二鈉；磷酸二氫鈉。實(shí)驗(yàn)在常溫下進(jìn)行，所有試劑均為分析純，所用到水均為二次去離子水以及在實(shí)驗(yàn)中涉及到電位均相對于飽和甘汞電極的電極電位。

1.2 復(fù)合材料的制備

取5 mg氧化石墨烯和2.5 mg多壁碳納米管加入10 mL的去離子水進(jìn)行超聲分散2 h，將所得懸濁液在10000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心洗滌，取出沉淀進(jìn)行烘干，即可得到氧化石墨烯-多壁碳納米管復(fù)合材料。取復(fù)合材料4 mg加入到4 mL的DMF中進(jìn)行超聲1 h，得到氧化石墨烯-多壁碳納米管復(fù)合材料修飾劑。

取3.19 mg亞甲基藍(lán)配置成1×10-3mol/L亞甲基藍(lán)的PBS溶液(pH=7)，取5.0 μL氧化石墨烯多壁碳納米管修飾劑和亞甲基藍(lán)修飾劑充分混合配置成復(fù)合材料修飾劑。

1.3 修飾電極的制備

將玻碳電極依次用0.5 μm和50 nm的Al2O3粉進(jìn)行打磨成鏡面，然后依次用1：1的乙醇溶液和二次水在超聲下分別清洗2 min，自然晾干或在紅外干燥器中進(jìn)行烘干。用微量進(jìn)樣器取2 μL的亞甲基藍(lán)/氧化石墨烯多壁碳納米管復(fù)合修飾劑滴涂在玻碳電極表面，烘干。再將電極放入pH=7的PBS中，在-1.7～0.6 V的電位范圍下，設(shè)置100 mV/s的掃描速度用循環(huán)伏安法掃描10圈進(jìn)行還原，取出電極用去離子水沖洗后晾干，即得聚亞甲基藍(lán)/石墨烯多壁碳納米管修飾電極修飾電極(PMB/ERGO/MWCNTs/GCE)。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

以pH為6，濃度為0.1 mol/L的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液為底液配置一定濃度的尿酸待測液，將三電極體系置于待測液中，在-0.6 V下進(jìn)行富集200 s后以100 mV/s的掃描速率在-0.6～1.0 V電位范圍內(nèi)用循環(huán)伏安法進(jìn)行掃描并記錄峰電流。

2 結(jié)果與討論

2.1 尿酸在不同修飾電極上的電化學(xué)行為

圖1是1.0×10-4mol/L 尿酸在不同電極上的循環(huán)伏安圖。從圖1可以看出，尿酸在PMB/ERGO、PMB/MWCNTs/ERGO以及MWCNTs/ERGO電極上均有明顯的電信號，其中在PMB/MWCNTs/ERGO/GCE電極上的峰寬最窄且峰電流最高，達(dá)到42.88 μA，尿酸在PMB/ERGO/GCE電極上的氧化峰電流值為33.33 mV，尿酸在MWCNTs/ERGO/GCE電極上的氧化峰電流值為40.86 μA。可見在PMB/MWCNTs/ERGO/GCE電極上尿酸的電化學(xué)性能得到了很大的改善，該修飾電極對尿酸產(chǎn)生了較強(qiáng)的電催化效應(yīng)。

2.2 pH值的影響

實(shí)驗(yàn)考察了在不同pH(3.0～7.0)值的PBS下對尿酸的影響。在圖2A中可以看出，隨著pH的增加，氧化峰電流隨著pH的增加先增加后降低，當(dāng)pH為6.0時達(dá)到最大值。圖2B可知，氧化峰電位隨著pH的增加而負(fù)移，且呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性方程為：Ep(V)=0.7724-0.063pH，R=0.9953。因此本實(shí)驗(yàn)選擇pH為6.0。

2.3 富集時間的影響

圖3A為富集時間對實(shí)驗(yàn)的影響，從圖3可知，當(dāng)富集時間為200 s時，尿酸的的氧化峰電流達(dá)到最大值，當(dāng)超過200 s后，氧化峰電流有逐漸降低的趨勢。這有可能是由于過多的富集時間導(dǎo)致吸附的分子過于飽和，阻礙了電子的傳遞。所以實(shí)驗(yàn)選用的富集時間為200 s。

2.4 滴涂量的影響

不同的滴涂量對尿酸的氧化峰電流值也會有所影響。圖3B中可以看出，當(dāng)?shù)瓮苛繛?.0 μL時，尿酸的氧化峰電流達(dá)到最大，之后隨著滴涂量增加峰電流值逐漸減小，故實(shí)驗(yàn)選擇復(fù)合材料的修飾量為3.0 μL。

2.5 掃描速度的影響

圖4A為不同掃描速度下對尿酸測定的循環(huán)伏安曲線。從圖4中可以得知，尿酸的氧化峰電流隨著掃速的增加而增加，背景電流增加，峰電位正移。如圖4B所示，當(dāng)掃速控制在50～300 mV/s時，尿酸的氧化峰電流與掃速呈線性關(guān)系，線性方程為：Ip=21.794+0.1971v(R=0.9921)。說明該電極反應(yīng)過程受吸附控制。本實(shí)驗(yàn)選擇的掃速為100 mV/s。

2.6 線性范圍、檢出限以及重現(xiàn)性

在優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)條件下對尿酸的氧化峰電流與濃度的關(guān)系進(jìn)行了研究，如圖5A、B所示，在5×10-6～1.5×10-4mol/L與1.5×10-4～5.0×10-4mol/L的濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。線性方程分別為：Ip(μA)=3.2364C(μmol/L)+2.62992，R=0.9931；Ip(μA)=0.4214C(μmol/L)+42.2521，R=0.9996檢出限為2.34×10-7mol/L。

同一跟修飾電極重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作8次測定濃度為1.0×10-4mol/L的尿酸，RSD為3.08%。使用不同的電極(相同修飾方法)重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作8次測定濃度為1.0×10-4mol/L的尿酸，RSD為3.5%，表明電極具有良好的重現(xiàn)性。

2.7 干擾實(shí)驗(yàn)

2.8 實(shí)際樣品測定及回收率

本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)際樣品為健康者的尿液，因人體尿液中含有的尿酸含量較高，因此將尿液用pH為6.0的PBS緩沖液稀釋50倍，然后連續(xù)添加不同濃度的UA溶液作為模擬生物樣品，進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果見表1。

表1 模擬生物樣品中UA的回收率

3 結(jié) 論

本文將制得的石墨烯多壁碳納米管與亞甲基藍(lán)混合制得復(fù)合材料，采用滴涂法和在線還原法制備了PMB/ERGO/MWCNTs/GCE，該電極對尿酸具有一定的催化作用，增強(qiáng)了導(dǎo)電性，加快了電子轉(zhuǎn)移速度，能夠使尿酸的氧化還原反應(yīng)更容易進(jìn)行，檢出限較為理想。可用于實(shí)際樣品檢測。