一种聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极及其制备的制作方法

1.本发明具体涉及一种聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极及其制备方法。


背景技术：

2.多巴胺(da)是哺乳动物中枢神经系统中一种重要的神经递质。低水平的da可引起帕金森病、精神分裂症等神经功能障碍。因此，da是目前神经学家和化学家研究的热点，开发快速简便的da浓度的测定方法也是目前研究者关注的重要内容。尿酸(ua)是嘌呤代谢的主要最终产物。研究表明，极端异常的ua水平与几种疾病密切相关，如痛风、高尿酸血症和lesch
‑
nyan病等。由于ua和da经常同时存在于中枢神经系统的胞外液和血液中，因此在常规检测中同时检测da和ua具有重要的意义。
3.目前da和ua的主要测试方法有紫外可见分光光度法、荧光法、化学发光法、高效液相色谱法等多种分析技术。但这些方法操作复杂、成本高、耗时长，其检测的灵敏度较低也限制了其在临床上的应用。由于da和ua具有电化学活性，其电化学检测方法成为目前研究的热点。但由于da和ua分子结构较为近似，其在常规裸电极上的氧化峰重叠，无法采用常规裸电极对其进行测试。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种聚苯胺负载的氧化亚铜(pani
‑
cu2o)的da和ua选择性电化学检测电极及其制备方法，可以有效解决da和ua的同时检测、抗干扰性以及灵敏度问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极的制备方法，包括以下步骤：
7.s1：将0.5ml苯胺单体加入到50ml二氯甲烷溶液中超声使其均匀分散形成透明均一的有机相溶液；
8.s2：在搅拌条件下往所述有机相溶液中依次加入50ml 0.2mol/l的n
‑
甲基吡咯烷酮水溶液与2.323g的樟脑磺酸，室温下搅拌预设时间后静置；
9.s3：将5ml 0.06g/ml的过硫酸铵水溶液缓慢加入到s2制得的反应溶液中，静置反应预设时间后分离下层二氯甲烷，剩余溶液通过混合系滤膜过滤得到固体产物；
10.s4：将固体产物清洗、干燥得到樟脑磺酸掺杂的pani纳米粉体；
11.s5：将160mg樟脑磺酸掺杂的pani纳米粉体于50ml乙二醇溶液中超声分散，接着加入0.25g五水硫酸铜、0.04g pvp并搅拌，随后逐滴加入25ml 0.09m氢氧化钠水溶液并搅拌，搅拌预设时间后加入25ml 1.3m葡萄糖水溶液并继续搅拌一段时间，然后在80℃条件下搅拌反应1
‑
2h，反应结束后产物通过混合系滤膜过滤，滤得固体产物清洗、干燥后得到pani
‑
cu2o纳米粉体；
12.s6：将玻碳电极依次用粒径为3μm、1μm、0.3μm和0.05μm的氧化铝浆在抛光垫上抛光，接着用蒸馏水冲洗后分别在无水乙醇和蒸馏水中超声清洗后晾干备用；
13.s7：将2mg的pani
‑
cu2o纳米粉体与10μl 5％nafion乙醇溶液加入到0.5ml乙醇中
并进行超声分散，使之形成均匀混合悬浮液；
14.s8：取20μl所述混合悬浮液滴加到清洗后的玻碳电极表面，室温下晾干，得到pani
‑
cu2o修饰电极。
15.作为进一步改进的，聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极的制备方法进一步包括将制得的pani
‑
cu2o修饰电极在0.1m pbs(ph 6.8)，电位范围
‑
0.1v
–
0.9v(vs.sce)条件下进行循环伏安(cv)扫2h后，接着在0v条件下恒电位扫描30min；重复上述操作3次后，将处理后的修饰电极浸在0.1m pbs溶液中待用。
16.本发明还提供了一种基于上述制备方法制得的聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极，其测试环境为：以pani
‑
cu2o修饰电极为工作电极，石墨电极为对电极，饱和甘汞电极(sce)为参比电极，进行脉冲伏安(dpv)测试，dpv测试的电位范围
‑
0.1v
‑
0.9v(vs.sce)，扫描振幅为50mv，脉冲宽度50ms。其中，dpv测试在ph＝6.8的0.1m pbs溶液中进行。
17.作为进一步改进的，在每次dpv测试前，将修饰电极在0v条件下恒电位扫描30s。
18.本发明的有益效果是：本发明制备的pani
‑
cu2o修饰电极可有效解决da和ua氧化峰重叠难以检测的问题，能够实现da和ua的同时检测；此外，该修饰电极对da的检出限为0.001μm(有望用于检测帕金森患者细胞外液中da含量)；对ua的检出限为1μm，具有较高的灵敏度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为pani及pani
‑
cu2o纳米催化剂sem图。
21.图2为pani
‑
cu2o纳米催化剂修饰电极在含有1mm的ua、2mm的aa、200μm的da的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试图。
22.图3为pani及pani
‑
cu2o纳米催化剂修饰电极在含有200μm da(a)和1mm ua(b)的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试比较图。
23.图4为pani
‑
cu2o修饰电极在含有不同浓度da的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试图。
24.图5为da在pani
‑
cu2o修饰电极上dpv测试的标准曲线。
25.图6为pani
‑
cu2o修饰电极在含有不同浓度ua的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试图。
26.图7为ua在pani
‑
cu2o修饰电极上dpv测试的标准曲线。
具体实施方式
27.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明
保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
28.本发明实施例提供一种聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极的制备方法，包括以下步骤：
29.s1：将0.5ml苯胺单体加入到50ml二氯甲烷溶液中超声使其均匀分散形成透明均一的有机相溶液；
30.s2：在搅拌条件下往所述有机相溶液中依次加入50ml 0.2mol/l的n
‑
甲基吡咯烷酮水溶液与2.323g的樟脑磺酸，室温下搅拌预设时间后静置；
31.s3：将5ml 0.06g/ml的过硫酸铵水溶液缓慢加入到s2制得的反应溶液中，静置反应预设时间后分离下层二氯甲烷，剩余溶液通过混合系滤膜过滤得到固体产物；
32.s4：将固体产物清洗、干燥得到樟脑磺酸掺杂的pani纳米粉体；
33.s5：将160mg樟脑磺酸掺杂的pani纳米粉体于50ml乙二醇溶液中超声分散，接着加入0.25g五水硫酸铜、0.04g pvp并搅拌，随后逐滴加入25ml 0.09m氢氧化钠水溶液并搅拌，搅拌预设时间后加入25ml 1.3m葡萄糖水溶液并继续搅拌一段时间，然后在80℃条件下搅拌反应1
‑
2h，反应结束后产物通过混合系滤膜过滤，滤得固体产物清洗、干燥后得到pani
‑
cu2o纳米粉体；
34.s6：将玻碳电极依次用粒径为3μm、1μm、0.3μm和0.05μm的氧化铝浆在抛光垫上抛光，接着用蒸馏水冲洗后分别在无水乙醇和蒸馏水中超声清洗后晾干备用；
35.s7：将2mg的pani
‑
cu2o纳米粉体与10μl 5％nafion乙醇溶液加入到0.5ml乙醇中并进行超声分散，使之形成均匀混合悬浮液；
36.s8：取20μl所述混合悬浮液滴加到清洗后的玻碳电极表面，室温下晾干，得到pani
‑
cu2o修饰电极。
37.作为进一步改进的，聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极的制备方法进一步包括将制得的pani
‑
cu2o修饰电极在0.1m pbs(ph 6.8)，电位范围
‑
0.1v
–
0.9v(vs.sce)条件下进行循环伏安(cv)扫2h后，接着在0v条件下恒电位扫描30min；重复上述操作3次后，将处理后的修饰电极浸在0.1m pbs溶液中待用，即对制备后的催化剂修饰电极进行预处理，以在电化学测试过程中获得稳定及重复性较好的电化学检测信号。
38.作为进一步改进的，s2中室温下搅拌时间为20
‑
30min。
39.作为进一步改进的，s3中静置反应时间为60
‑
90min。
40.作为进一步改进的，s4的具体步骤为：将固体产物依次用蒸馏水、乙醇洗涤清洗过滤产物，自然晾干得樟脑磺酸掺杂的pani纳米粉体。
41.作为进一步改进的，s5中加入五水硫酸铜、pvp并搅拌，搅拌时间为30min；逐滴加入氢氧化钠水溶液并搅拌，搅拌时间为20
‑
30min；加入葡萄糖水溶液后继续搅拌20
‑
30min。
42.作为进一步改进的，s5中固体产物清洗、干燥的具体步骤为：固体产物用无水乙醇和纯水分别洗涤4
‑
6次后，自然晾干得到pani
‑
cu2o纳米粉体。
43.基于上述制备方法制得的聚苯胺负载的氧化亚铜传感电极，其测试环境为：以pani
‑
cu2o修饰电极为工作电极，石墨电极为对电极，饱和甘汞电极(sce)为参比电极，进行
脉冲伏安(dpv)测试，dpv测试的电位范围
‑
0.1v
‑
0.9v(vs.sce)，扫描振幅为50mv，脉冲宽度50ms。其中，dpv测试在ph＝6.8的0.1m pbs溶液中进行。在每次dpv测试前，将修饰电极在0v条件下恒电位扫描30s，使修饰电极材料处于电化学还原状态，以获得稳定及高灵敏的电化学信号。
44.实施例1
45.将50ml二氯甲烷加入到圆底烧瓶中，再将0.5ml苯胺单体加入二氯甲烷溶液中超声使其均匀分散形成透明均一的有机相溶液。将得到的有机相溶液置放与磁力搅拌器上，在搅拌条件下往溶液中加入50ml 0.2mol/l的n
‑
甲基吡咯烷酮水溶液，再加入2.323g的樟脑磺酸，室温下搅拌20min后静置。称取0.3g过硫酸铵溶于5ml的水中，待完全溶解后将过硫酸铵溶液沿着圆底烧瓶瓶壁缓慢加入静置条件下的二氯甲烷
‑
n
‑
甲基吡咯烷酮反应溶液中，静置反应60分钟后用胶头滴管将下层二氯甲烷吸出倒入废液瓶。剩余溶液用0.22μm孔径的混合系滤膜过滤得到固体产物，依次用蒸馏水、乙醇洗涤清洗过滤产物，自然晾干得樟脑磺酸掺杂的pani纳米粉体。
46.取160mg樟脑磺酸掺杂的聚苯胺粉体于50ml乙二醇溶液中超声分散，加入0.25g五水硫酸铜，0.04g pvp，搅拌30min，随后逐滴加入25ml 0.09m氢氧化钠水溶液，搅拌20min后，加入25ml 1.3m葡萄糖水溶液，继续搅拌20min后，转移至水浴锅中，在80℃条件下搅拌反应1h。固体产物用0.22μm孔径的混合系滤膜过滤，用无水乙醇和纯水分别洗涤4
‑
6次后，自然晾干得到pani
‑
cu2o纳米粉体。
47.将直径为5mm的玻碳电极依次用粒径分别为3μm、1μm、0.3μm和0.05μm的氧化铝浆在抛光垫上抛光，用蒸馏水冲洗后分别在无水乙醇和蒸馏水中超声清洗后晾干备用。将2mg pani
‑
cu2o纳米粉体和10μl 5％nafion乙醇溶液分散在0.5ml乙醇中并超声30min使之形成均匀混合悬浮液。将20μl上述混合悬浮液滴加到清洗后的玻碳电极表面，室温下晾干。为了获得稳定及重复性较好的电化学检测信号，须对制备后的催化剂修饰电极进行预处理，即在0.1m pbs(ph 6.8)中在电位范围
‑
0.1v
–
0.9v(vs.sce)条件下进行循环伏安(cv)扫2h后，在0v条件下恒电位扫描30min；重复上述操作3次后，将预处理后的修饰电极浸在0.1m pbs溶液中待用。
48.电化学测试采用三电极体系，其中以pani
‑
cu2o修饰电极为工作电极，石墨电极为对电极，饱和甘汞电极(sce)为参比电极，进行脉冲伏安(dpv)测试。dpv测试的电位范围
‑
0.1v
‑
0.9v(vs.sce)，扫描振幅为50mv，脉冲宽度50ms。为了获得稳定及高灵敏的电化学信号，在每次dpv测试前，将修饰电极在0v条件下恒电位扫描30s使修饰电极材料处于电化学还原状态。整个测试均在磷酸缓冲液(0.1m pbs溶液，ph＝6.8)的环境中进行。
49.对比例
50.将50ml二氯甲烷加入到圆底烧瓶中，再将0.5ml苯胺单体加入二氯甲烷溶液中超声使其均匀分散形成透明均一的有机相溶液。将得到的有机相溶液置放与磁力搅拌器上，在搅拌条件下往溶液中加入50ml 0.2mol/l的n
‑
甲基吡咯烷酮水溶液，再加入2.323g的樟脑磺酸，室温下搅拌20min后静置。称取0.3g过硫酸铵溶于5ml的水中，待完全溶解后将过硫酸铵溶液沿着圆底烧瓶瓶壁缓慢加入静置条件下的二氯甲烷
‑
n
‑
甲基吡咯烷酮反应溶液中，静置反应60分钟后用胶头滴管将下层二氯甲烷吸出倒入废液瓶。剩余溶液用0.22μm孔径的混合系滤膜过滤得到固体产物，依次用蒸馏水、乙醇洗涤清洗过滤产物，自然晾干得樟
脑磺酸掺杂的pani纳米粉体。
51.将直径为5mm的玻碳电极依次用粒径分别为3μm、1μm、0.3μm和0.05μm的氧化铝浆在抛光垫上抛光，用蒸馏水冲洗后分别在无水乙醇和蒸馏水中超声清洗后晾干备用。将2mg pani纳米粉体和10μl 5％nafion乙醇溶液分散在0.5ml乙醇中并超声30min使之形成均匀混合悬浮液。将20μl上述混合悬浮液滴加到清洗后的玻碳电极表面，室温下晾干。为了获得稳定及重复性较好的电化学检测信号，须对制备后的催化剂修饰电极进行预处理，即在0.1m pbs(ph 6.8)中在电位范围
‑
0.1v
–
0.9v(vs.sce)条件下进行循环伏安(cv)扫2h后，在0v条件下恒电位扫描30min；重复上述操作3次后，将预处理后的修饰电极浸在0.1m pbs溶液中待用。
52.电化学测试采用三电极体系，其中以pani修饰电极为工作电极，石墨电极为对电极，饱和甘汞电极(sce)为参比电极，进行脉冲伏安(dpv)测试。dpv测试的电位范围
‑
0.1v
‑
0.9v(vs.sce)，扫描振幅为50mv，脉冲宽度50ms。为了获得稳定及高灵敏的电化学信号，在每次dpv测试前，将修饰电极在0v条件下恒电位扫描30s使修饰电极材料处于电化学还原状态。整个测试均在磷酸缓冲液(0.1m pbs溶液，ph＝6.8)的环境中进行。
53.测试例：
54.图1为pani及pani
‑
cu2o纳米催化剂sem图，从图中可以看出，pani纳米载体为短纤维结构，直径30
‑
60nm；cu2o为系列直径10
‑
20nm的圆形粒子，均匀分布在pani纳米纤维表面。pani
‑
cu2o纳米催化剂粉体中cu2o负载量为10％。
55.图2为pani
‑
cu2o纳米催化剂修饰电极在含有1mm的ua、2mm的aa、200μm的da的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试图，从图中可以看出，da的氧化电流电位范围为0.06v
‑
0.4v，氧化峰电位为0.17v；ua的氧化电流电位范围为0.24v
‑
0.4v，氧化峰0.30v。由此可见，在da、ua共存体系的检测中，ua的存在对da的检测不存在干扰；在健康人体血清中ua浓度一般为120～460μm，而da的浓度极低为0.01～1μm，因此本发明提供的方法用于人体血清中ua浓度检测时，不受da的干扰。
56.图3为pani及pani
‑
cu2o纳米催化剂修饰电极在含有200μm da(a)和1mm ua(b)的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试比较图，从图3a中可以看出，da在pani
‑
cu2o纳米催化剂修饰电极上的氧化峰电位相比较pani发生了一定的负移，有利于da和ua的抗干扰检测；da在pani
‑
cu2o纳米催化剂修饰电极上催化氧化信号相比较pani明显增强。从图3b可以看出，ua在pani
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cu2o修饰电极上催化氧化信号相比较pani出现一定幅度的增强，其氧化峰电位没有发生明显的位移。因此，复合cu2o的pani纳米催化剂修饰电极在对da和ua的灵敏度和抗干扰检测上均有明显提高。
57.图4为pani
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cu2o修饰电极在含有不同浓度da的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试图，从图中可以看出，不同浓度的da在修饰电极上氧化电流电位范围均位于0.06v
‑
0.4v，氧化峰电位均位于0.17v附近；随着da浓度的增大，da在修饰电极上的电化学响应信号也随之增大，检出限为0.001μm。在健康个体细胞外液中da的浓度为0.01～1μm，而在帕金森患者细胞外液中da的浓度更低为1nm。因此，本发明提供的da检测方法具有足够低的检测限有希望用于检测帕金森患者细胞外液中da含量，且不受ua的干扰。
58.图5为da在pani
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cu2o修饰电极上dpv测试的标准曲线，从图中可以看出，在本发明检出的浓度范围为0.00 1μm
‑
200μm，da浓度与峰电流之间呈现双线性关系。在高浓度(5μm
‑
200μm)线性曲线为y＝0.00613x 1.09548，其相关系数r2＝0.99065。在低浓度(0.001μm
‑
5μm)线性曲线为y＝0.5018x 0.5135，其相关系数r2＝0.95652。
59.图6为pani
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cu2o修饰电极在含有不同浓度ua的0.1m pbs(ph 6.8)溶液中的dpv测试图，从图中可以看出，不同浓度的ua在修饰电极上氧化电流电位范围均位于0.24v
‑
0.4v，氧化峰电位均位于0.3v附近；随着ua浓度的增大，ua在修饰电极上的电化学响应信号也随之增大，检出限为1μm。相比樟脑磺酸掺杂的pani对ua 50μm的检测限，pani
‑
cu2o修饰电极对ua的检测限得到明显的提高。在健康人体血清中ua浓度一般为120
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460μm，本发明提供方法具有足够的灵敏度可以用于人体血清中ua的检测，且不受血清中da的干扰。
60.图7为ua在pani
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cu2o修饰电极上dpv测试的标准曲线，从图中可以看出，在本发明提供的ua测试方法具有较宽的线性检出浓度范围1μm
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1mm，ua浓度与峰电流之间呈现线性关系，其线性曲线为y＝0.000607x 0.21267，相关系数为r2＝0.99108。
61.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。