一种检测多巴胺的电化学传感器及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于电化学生物传感器技术领域，涉及一种检测多巴胺的电化学传感器及其制备方法和应用。


背景技术：

2.多巴胺(da)作为一种重要的神经递质，在许多生理反应中都扮演着重要的角色。当人体出现异常的多巴胺浓度信号时，会导致部分神经错乱，例如阿兹海默症、癫痫症等。因此，寻找一种准确且检出限较低的方法检测多巴胺成为分析化学研究的重要课题。现已存在着多种方法检测多巴胺，例如，液相色谱、光谱、荧光分析以及电化学分析等。电化学分析方法由于其灵敏度高、快速、准确、简便等特点备受关注。但是，在裸的固态电极上，检测多巴胺需要较高的检测电位，从而会受到共存的一些电活性物质的干扰。因此，很多人尝试在电极表面进行修饰来实现多巴胺的直接电催化检测。
3.过渡金属氧化物如锰基氧化物呈现出良好的电催化活性、成本低廉、环境友好等突出特点。但多数锰基氧化物只是半导体，其导电性能较差抑制了其使用。作为新型的碳纳米材料，碳量子点(cqds)不仅具有类似于传统量子点的发光性能与小尺寸特性，而且还具有水溶性好、生物毒性低和导电性好的优势，使其在生物成像、生物标记、传感器、光催化、发光二极管等领域受到极大关注。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种检测多巴胺的电化学传感器及其制备方法和应用，采用水热法合成锰酸钴与碳量子点的复合物，并与石墨粉和石蜡油按一定比例混合制备成碳糊修饰电极，利用电催化氧化作用成功实现对多巴胺的定量分析。所得到的comn2o4/cqds复合修饰碳糊电极对多巴胺的电化学传感检测具有优异的选择性、较宽的检测范围和较低的检出限，可成功实现对实际样品的检测。
5.本发明提供的技术方案如下：
6.一种检测多巴胺的电化学传感器，所述电化学传感器采用comn2o4/cqds复合修饰碳糊电极。
7.进一步的，所述电化学传感器采用三电极体系，以comn2o4/cqds复合修饰碳糊电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为辅助电极。
8.一种检测多巴胺的电化学传感器制备方法，包括以下步骤：将石墨粉、石蜡油和comn2o4/cqds复合微球混合均匀，研磨成均匀的糊状，装填，压实，抛光电极表面，制得comn2o4/cqds复合修饰碳糊电极。
9.进一步的，所述comn2o4/cqds复合微球的制备方法包括以下步骤：
10.将柠檬酸和尿素溶于水中，置于水热釜放入烘箱中，反应后自然冷却，透析得到cqds；
11.将硝酸钴、硫酸锰、尿素溶于水和乙醇的混合溶液中，再加入cqds，磁力搅拌后，转
移至水热釜放入烘箱中，反应后冷却至室温，过滤，洗涤，真空干燥，马弗炉中灼烧后，得到comn2o4/cqds。
12.进一步的，所述cqds的制备方法包括：按照柠檬酸：尿素为1～100:1～50的质量比，将柠檬酸和尿素溶于去离子水中，转移至聚四氟乙烯水热釜放入烘箱中，以80
‑
200摄氏度的温度保温3
‑
10小时，自然冷却后，透析12
‑
48h，期间不断换水，冷冻干燥得到cqds。
13.进一步的，所述comn2o4/cqds的制备方法包括：按照硝酸钴：硫酸锰：尿素为1～10：2～20:200～800的摩尔比，将硝酸钴、硫酸锰、尿素溶于二次去离子水和乙醇的混合溶液中，再加入cqds，磁力搅拌10
‑
60分钟后，转移至聚四氟乙烯水热釜放入烘箱中，以80
‑
200摄氏度的温度保温5
‑
20小时，待其冷却至室温后过滤，洗涤，真空干燥，马弗炉中以300
‑
600℃灼烧0.5
‑
3h，得到comn2o4/cqds。
14.上述检测多巴胺的电化学传感器在电化学检测中的应用。
15.进一步的，检测在ph为7.0的磷酸缓冲溶液中进行，固定电位0.35v，利用计时电流法测定了不同浓度多巴胺。
16.一种多巴胺检测方法，采用上述的电化学传感器对不同浓度多巴胺标准溶液进行氧化峰电流检测并线性回归，利用线性回归方程并通过加标回收试验计算待测样品中多巴胺浓度。
17.进一步的，在2.0～1000.0μm浓度范围内，峰电流i
pa
与浓度c的关系曲线为:i
pa
(μa)＝
‑
1.963
‑
0.04774c(μmol/l)，相关系数为0.9976；在1000.0～60000.0μm的浓度范围内，峰电流i
pa
与浓度c的关系曲线为:i
pa
(μa)＝
‑
48.84
‑
0.001989c(μmol/l)，其相关系数为0.9956。
18.一种检测多巴胺的电化学传感器制备步骤：
19.1.合成锰酸钴(comn2o4)：称取0.1
‑
1mmol硝酸钴，0.2
‑
2mmol硫酸锰，20
‑
80mmol尿素溶于10
‑
100ml(体积比为1:1)二次去离子水和乙醇的混合溶液中。磁力搅拌10
‑
60分钟后，转移至聚四氟乙烯水热釜放入烘箱中，以80
‑
200摄氏度的温度保温5
‑
20小时，待其冷却至室温后过滤，洗涤，真空干燥，马弗炉中以300
‑
600℃灼烧0.5
‑
3h，即得到黑色锰酸钴产品。
20.2.合成碳量子点(cqds)：称取0.1
‑
10g柠檬酸，0.1
‑
5g尿素溶于5
‑
50ml的去离子水中，转移至聚四氟乙烯水热釜放入烘箱中，以80
‑
200摄氏度的温度保温3
‑
10小时，自然冷却后，透析12
‑
48h，期间不断换水。冷冻干燥即得到固体碳量子点。
21.3.合成不同质量比锰酸钴与碳量子点复合物。
22.合成方法同步骤1，在水热前加入不同质量的步骤2合成的碳量子点即可。
23.4.裸碳糊电极的制备
24.称取10
‑
1000mg石墨粉，用微量进样器吸取5
‑
200μl石蜡油，手动研磨30min成均匀的糊状，装填，压实，用称量纸抛光电极表面，每次抛光后用去离子水冲洗三次，即制得裸碳糊电极。
25.5.锰酸钴或碳量子点修饰电极的制备
26.制备方法同步骤4，碳糊里加入一定质量的步骤1合成的锰酸钴或步骤2合成的碳量子点即可。
27.6.锰酸钴/碳量子点修饰电极的制备
28.制备方法同步骤4，碳糊里加入一定质量的步骤3合成的产物即可。
29.7.碳糊电极电化学行为及电催化检测多巴胺方法
30.采用三电极体系，以修饰碳糊电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为辅助电极，所有测试均在上海辰华chi660e电化学工作站完成。主要利用循环伏安法和计时电流法。实验用水为二次蒸馏水，支持电解质为不同ph值的pbs溶液。
31.有益效果
32.1.合成的comn2o4/cqds复合材料为均匀的微球状，表面光滑。放大后复合微球粒子是由较为规则的三角星形聚集而成，具有大的比表面积；
33.2.多巴胺在comn2o4/cqds复合修饰碳糊电极上，出现了一对明显的氧化还原峰，电化学响应明显，且comn2o4/cqds修饰碳糊电极表面易于更新；
34.3.所得到的comn2o4/cqds复合修饰碳糊电极对多巴胺的电化学传感检测具有优异的选择性、较宽的检测范围和较低的检出限，可成功实现对实际样品的检测，回收率在94.00％～102.0％之间，结果可靠。
附图说明
35.图1为comn2o4与comn2o4/cqds(1:1)复合材料的低倍(a、b)和高倍(a’、b’)扫描电镜图；
36.图2为comn2o4与comn2o4/cqds(1:1)复合的x射线衍射图；
37.图3为不同修饰电极的循环伏安图；
38.图4为comn2o4/cqds/cpe检测多巴胺的i
‑
t曲线(a,恒定电位0.35v)及浓度和峰电流的关系曲线图(b)。
具体实施方式
39.实施例1comn2o4/cqds(1:1)复合微球的制备
40.1)cqds的制备：称取0.1
‑
10g柠檬酸，0.1
‑
5g尿素溶于5
‑
50ml的去离子水中，转移至聚四氟乙烯水热釜放入烘箱中，以80
‑
200摄氏度的温度保温3
‑
10小时，自然冷却后，透析12
‑
48h，期间不断换水。冷冻干燥即得到固体碳量子点。
41.2)comn2o4/cqds(1:1)复合微球的制备：称取0.1
‑
1mmol硝酸钴，0.2
‑
2mmol硫酸锰，20
‑
80mmol尿素溶于10
‑
100ml二次去离子水和乙醇(v/v 1:1)的混合溶液中。加入步骤1)合成的cqds，磁力搅拌10
‑
60分钟后，转移至聚四氟乙烯水热釜放入烘箱中，以80
‑
200摄氏度的温度保温5
‑
20小时，待其冷却至室温后过滤，洗涤，真空干燥，马弗炉中以300
‑
600℃灼烧0.5
‑
3h，得到黑色产品。
42.制备的comn2o4/cqds(1:1)复合微球的sem和xrd图分别如图1和2所示。
43.实施例2comn2o4/cqds(1:1)复合修饰碳糊电极的制备
44.称取10
‑
1000mg石墨粉，用微量进样器吸取5
‑
200μl石蜡油，加入一定质量的实施例1中步骤2)合成的comn2o4/cqds(1:1)复合微球，手动研磨30min成均匀的糊状，装填，压实，用称量纸抛光电极表面，每次抛光后用去离子水冲洗三次，即制得comn2o4/cqds(1:1)复合修饰碳糊电极。以三电极体系利用循环伏安法研究该电极的电化学行为，如图3所示。电化学响应显著。
45.实施例3comn2o4/cqds(1:1)复合修饰碳糊电极检测多巴胺
46.将制备的comn2o4/cqds(1:1)复合修饰碳糊电极用于多巴胺的直接电化学检测。检测在ph为7.0的磷酸缓冲溶液中进行，固定电位0.35v，利用计时电流法测定了不同浓度多巴胺。检测的线性范围为2.0～60000.0μm，其检出限低至8.735
×
10
‑8mol/l(图4)。共存的高浓度的三聚氰胺、硫酸钠、尿素、维生素b1、香豆素、硫脲均无干扰。该方法对多巴胺的检测具有较宽的线性范围、较低的检出限、良好的选择性和较短的响应时间等特点。
47.如图1所示，comn2o4微粒呈现出不规则的微球状，表面较为粗糙。comn2o4/cqds(1:1)复合材料为均匀的微球状，呈现出较为光滑的表面。放大后可以清楚地看到comn2o4微球粒子是由不规则的块状多面体堆积而成，comn2o4/cqds(1:1)复合微球粒子是由较规则的三角星形聚集而成，具有大的比表面积。可见在尿素的水合作用下形成均相沉淀，而且碳量子点水溶性好，对形貌的控制起到了一定的作用。
48.如图2所示，尖晶石comn2o4以及尖晶石comn2o4的前驱体，即由于尿素的水合作用产生了mnco3和coco3的衍射峰。没有明显的cqds的衍射峰，这是因为cqds的衍射峰很弱，没有显示出来。
49.如图3所示，在含0.5mm多巴胺的ph＝7的pbs溶液中，comn2o4/cqds复合修饰碳糊电极出现了一对明显的氧化还原峰。cqds的存在，有利于电化学反应中电子的传递，电催化活性明显提高。
50.如图4所示，多巴胺在2.0～1000.0μm、1000.0～60000.0μm的浓度范围内的计时电流i
‑
t曲线和峰电流与浓度的关系曲线。由图可知随着待测物质浓度的增加，响应电流均匀地成阶梯状增加，且氧化峰电流与浓度分别呈良好的线性关系。在2.0～1000.0μm浓度范围内，峰电流i
pa
与浓度c的关系曲线为:i
pa
(μa)＝
‑
1.963
‑
0.04774c(μmol/l)，相关系数为0.9976；在1000.0～60000.0μm的浓度范围内，峰电流i
pa
与浓度c的关系曲线为:i
pa
(μa)＝
‑
48.84
‑
0.001989c(μmol/l)，其相关系数为0.9956。其检出限低至8.735
×
10
‑8mol/l。