基于石墨烯和室溫離子液體復(fù)合物溶膠修飾的玻碳電極制備尿酸電化學(xué)傳感器

付?，?王建秀+鄧留??

摘 要 將石墨烯（GN）與室溫離子液體（IL）1 丁基 3 甲基咪唑六氟磷酸鹽（BMIMPF6），以適當(dāng)比例研磨成膠狀I(lǐng)L GN， 修飾在玻碳電極（GC）上制備了IL GN/GC。利用原子力顯微鏡AFM表征IL GN的形成。由于石墨烯和室溫離子液體的協(xié)同作用，該電極顯示了對(duì)H2O2良好的催化性能，基于尿酸氧化酶將之制備成生物傳感器， 用于尿酸（UA）直接電化學(xué)檢測(cè)，并進(jìn)行了傳感器的抗干擾性能及實(shí)際血樣中尿酸的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，此傳感器檢測(cè)尿酸的線性范圍為0.002～4.5 mmol/L，相關(guān)系數(shù)為0.995，檢出限為0.85 μmol/L，響應(yīng)時(shí)間為10 s。此傳感器制備簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，可用于實(shí)際血清中尿酸的檢測(cè)，為尿酸的測(cè)定提供了新方法。

關(guān)鍵詞 石墨烯；室溫離子液體；尿酸；電化學(xué)傳感器

1 引 言

2004年，英國(guó)Manchester大學(xué)Geim等發(fā)現(xiàn)了石墨烯（Graphene），它具有完美的兩維周期平面結(jié)構(gòu)， 兼有石墨和碳納米管等材料的一些優(yōu)良性質(zhì)， 例如高熱導(dǎo)性和高機(jī)械強(qiáng)度， 更為奇特之處是它具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)[1-3]。未修飾的石墨烯在水和其它常見有機(jī)溶液中的溶解能力非常差。大量的探索性的工作發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過功能化的石墨烯，不僅其溶解性顯著改善，而且通過繼承被修飾物的特性，還賦予了石墨烯新的物理化學(xué)性質(zhì)[4，5]。近年來(lái)，很多文章報(bào)道了將生物活性分子共價(jià)鍵合到石墨烯表面，用于生物分析的研究，這些研究結(jié)果表明，石墨烯 生物分子復(fù)合納米結(jié)構(gòu)在生物化學(xué)領(lǐng)域有望成為具有重要應(yīng)用潛能的分析材料[6，7]。

室溫離子液體（IL）具有保持和促進(jìn)蛋白質(zhì)活性的能力，近年來(lái)已在生物和生物電化學(xué)領(lǐng)域中引起越來(lái)赿多的關(guān)注[8，9]。IL 是一種環(huán)境友好試劑，在室溫時(shí)完全由離子組成，具有一定的粘度和獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如高的熱穩(wěn)定性、較小的蒸汽壓和相對(duì)較高的離子導(dǎo)電性。尤為重要的是，其具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性和保持甚至提高酶的生物活性的能力，使IL 在生物及生物電化學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本研究采用石墨烯與離子液體，通過簡(jiǎn)單的研磨可非常容易地將石墨烯分散均勻。IL GNs復(fù)合物可作為一種具有良好生物相容性的電子媒介體和固定酶的新型生物平臺(tái)，尿酸酶 室溫離子液體/石墨烯對(duì)尿酸表現(xiàn)出良好的安培響應(yīng)，為臨床尿酸檢測(cè)提供了一種具有良好應(yīng)用前景的檢測(cè)方法。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器和試劑

尿酸氧化酶 （Uox， Sigma 公司）。石墨粉、肼、KMnO4、H2SO4、氨水、尿酸（北京化學(xué)試劑公司）。 其它試劑均為分析純。0.1 mol/L磷酸鹽緩沖溶液（PBS，pH 7.4）作為支持電解液。實(shí)驗(yàn)用水均為Millipore Milli Q純化過的超純水。

2.2 修飾電極的制備

以石墨粉為原材料.通過Hummers法液相氧化合成氧化石墨[10]。將23 mL H2SO4冷卻到0 ℃后加入1 g石墨粉，攪拌均勻得到溶液A。將適量KMnO4在攪拌下緩慢加入A溶液中。在35 ℃下水浴中反應(yīng)2 h。然后緩慢加入適量去離子水稀釋，過程中保持溶液不沸騰。再用30% H2O2處理， 然后趁熱過濾。將得到的濾餅烘箱中100 ℃干燥，備用。將5 mL氧化石墨（1 g/L） 加入3.5 μL 肼和40.0 μL氨水，攪拌數(shù)分鐘后在95 ℃油浴中1 h。冷卻到室溫后， 過濾后得到石墨烯。將20 mg 石墨烯和0.2 mL IL 的混合物在研缽中研磨約20 min， 得到黑色粘性的IL GNs 復(fù)合物。在光學(xué)顯微鏡下小心地將適量的IL GNs復(fù)合物刮涂于工作電極表面， 得到IL GNs/GC電極。Uox/IL GNs/GC電極的制備基本相同， 只是將Uox溶于IL中之后再與石墨烯混合。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

原子力顯微鏡（AFM）測(cè)試在SPA 400 儀器上進(jìn)行，控制軟件為SPI 3800（Seiko Instruments Industry Co.， Tokyo， Japan）。循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)和計(jì)時(shí)安培測(cè)量用CHI660B型電化學(xué)工作站（美國(guó)）測(cè)定，采用常規(guī)的三電極體系，未修飾的和修飾的玻碳電極（GC）為工作電極，旋狀鉑絲為對(duì)電極，Ag/AgCl 電極（飽和KCl 溶液）為參比電極。在實(shí)驗(yàn)前，通入高純氮?dú)庵辽?0 min， 得到氮?dú)怙柡偷娜芤?。所有?shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 離子液體 石墨烯復(fù)合膜的表征

采用原子力顯微鏡表征了離子液體 石墨烯復(fù)合膜的表面形貌（圖1）。從圖1可見，單層離子液體 石墨烯復(fù)合膜高度為1.8 nm，比未功能化的石墨烯厚度（0.5 nm）明顯增大，說明IL成功修飾到了石墨烯表面。

3.2 IL GNs/GC修飾電極對(duì)H2O2的電化學(xué)還原性能

為考察室溫IL GN/GC電極對(duì)H2O2的電化學(xué)還原性能， 明確實(shí)驗(yàn)是單一組分起作用， 還是室溫離子液體和石墨烯的協(xié)同作用，將室溫離子液體修飾的電極IL/GC、石墨烯修飾的電極GN/GC 和室溫離子液體與石墨烯復(fù)合膠修飾的電極IL GN/GC 置于0.1 mol/L氮?dú)怙柡偷腜BS緩沖溶液（pH 7.4）中，分別在加入H2O2和不加入H2O2的情況下，以50 mV/s 的掃速進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。從圖2可知，電極IL/GC（A），GN/GC（B），IL GN/GC（C）均出現(xiàn)明顯的還原峰，峰電位分別起始于

， 0.08 V。說明3種電極都能催化H2O2的還原。同時(shí)測(cè)定了IL GNs膜自身的抗干擾性能。相比IL/GC，GN/GC的還原峰電位有了輕微的正移，但是還原電流比IL/GC大很多，這主要是因?yàn)槭┹^大的比表面積。與此同時(shí)，復(fù)合溶膠修飾的電極IL GN/GC表現(xiàn)出更好的電催化活性，還原電位起始于

0.08 V，比IL/GC電極正移了40 mV，且峰型最好， 峰電流最大。圖2表明，復(fù)合膠修飾的電極IL GN/GC表現(xiàn)出了對(duì)H2O2最好的電化學(xué)還原性能。復(fù)合溶膠電極中還原峰電流的改變不是因?yàn)槭覝仉x子液體或石墨烯單一組分作用，而是因?yàn)槎叩膮f(xié)同作用，iIL GN >iGN+iIL。最近已有關(guān)于碳納米管和氧化還原媒介體直接的綜合體系的協(xié)同作用的報(bào)道[11，12]， 認(rèn)為氧化還原媒介體的引入能夠提高碳納米管的電子和離子傳輸能力，同時(shí)增加了復(fù)合膜之間的電子交換。在這里，可以借用這種機(jī)理解釋IL GN納米復(fù)合膠的協(xié)同作用。另外， 通過不斷加入干擾物質(zhì)AA，DA，NE等，證明IL/GNs具有很好的抗干擾性能。同時(shí)，從圖3可見，隨著H2O2濃度增加，催化電流也逐漸增大。這些結(jié)果都表明IL GN復(fù)合溶膠能夠作為一種媒介質(zhì)應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器中，具有導(dǎo)電性和生物相容性好、成本低和毒性低等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 基于Uox IL GNs/GC修飾電極的電化學(xué)傳感器對(duì)尿酸的檢測(cè)在IL GN復(fù)合物中混合尿酸酶Uox，用于尿酸的催化，從而制備出檢測(cè)尿酸的酶生物傳感器。尿酸酶在氧氣的存在下，尿酸氧化成尿囊素，同時(shí)產(chǎn)生H2O2。 通過檢測(cè)產(chǎn)生的H2O2電化學(xué)還原電流就可以測(cè)定尿酸的濃度。電位在0～

0.3 mV，電流響應(yīng)值持續(xù)增加，而這之后增加速度減慢，而且更加低的電位會(huì)導(dǎo)致噪聲的增強(qiáng)，所以在實(shí)驗(yàn)中操作電壓選擇

mV。在電位

0.30 V的條件下，在電解質(zhì)中不斷加入不同濃度的尿酸，產(chǎn)生的穩(wěn)定的電流 時(shí)間曲線見圖4。實(shí)驗(yàn)中，傳感器對(duì)尿酸的加入響應(yīng)相當(dāng)迅速，響應(yīng)時(shí)間10 s以內(nèi)。反應(yīng)迅速的原因主要是在不斷攪拌的電解質(zhì)中，電極上Uox IL GN復(fù)合物對(duì)H2O2還原的協(xié)同作用。從i t曲線得出本方法檢測(cè)尿酸的線性范圍為0.002～4.5 mmol/L，檢出限為0.85 μmol/L。 正常人體血清中尿酸濃度為0.3～0.5 mmol/L， 尿液中尿酸濃度為1.4～4.4 mmol/L，因此本傳感器可用于實(shí)際血液和尿液樣品中尿酸的檢查。上述結(jié)果表明，石墨烯 室溫離子液體復(fù)合膠能為基于尿酸酶的尿酸傳感器提供一個(gè)生物相容性良好的平臺(tái)。

3.4 基于IL GN/GC修飾電極的尿酸電化學(xué)傳感器的抗干擾性能

在實(shí)際樣品中，有一些與尿酸共存的電活性物質(zhì)，如葡萄糖、AA、NE、DA等， 可能影響生物傳感器的響應(yīng)。圖5顯示了此傳感器的抗干擾性能。在圖5中， Glucose （5 mmol/L）， AA （0.1 mmol/L）， NE （0.1 mmol/L）， DA （0.1 mmol/L）幾乎不引起電信號(hào)，而尿酸產(chǎn)生了非常明顯的響應(yīng)。結(jié)果表明，生理濃度范圍內(nèi)，葡萄糖、AA、NE、DA等不影響尿酸的測(cè)定。這種理想的選擇性歸功于檢測(cè)過程中采用了比較低的操作電壓，因此，本方法未使用選擇性滲透膜或酶的預(yù)處理，對(duì)尿酸具有特異性的的響應(yīng)。這一點(diǎn)相較于以前報(bào)道的傳感器有

明顯的優(yōu)勢(shì)[13]，同時(shí)這一結(jié)果也預(yù)示了這種傳感器在實(shí)際樣品的檢測(cè)中的適用性。

3.5 實(shí)際樣品中尿酸濃度的測(cè)定

采用本傳感器對(duì)5份血清和尿樣進(jìn)行分析， 并與湖南省長(zhǎng)沙市第四醫(yī)院分光光度法的結(jié)果相符合（見表1），表明此傳感器可用于實(shí)際樣品的分析。

3.6 傳感器的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

考察了Uox GN IL修飾電極的重現(xiàn)性，相同條件下制備的6 支電極， 對(duì)20 mmol/L UA進(jìn)行檢測(cè)，電化學(xué)信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.1%；同一只電極對(duì)同一樣品重復(fù)3次測(cè)定的RSD為2.6%，還考察了該多層膜修飾電極的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。將修飾電極貯存于4 ℃冰箱內(nèi)，每天取出進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明，在2 個(gè)月后，電化學(xué)信號(hào)降低5.2%。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 將離子液體和石墨烯復(fù)合物溶膠（IL GNs）修飾在玻碳電極表面， 由于石墨烯和離子液體的協(xié)同作用， 可大大改善電極的導(dǎo)電性和生物相容性，成為良好的生物電化學(xué)平臺(tái)。 IL GNs復(fù)合物具有良好的催化能力和容易制備等特點(diǎn)， 有望在生物傳感器和其它生物電化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

References

1 Geim A K， Novoselov K S.Nat. Mater，2007， 6（3）： 183-191

2 Neto A C， Guinea F， Peres N M R， Novoselov K S， Geim A K.Rev. Mod. Phys.， 2009， 81（1）： 109-162

3 Stankovich S， Dikin D A， Dommett G H， Kohlhaas K M， Zimney E J， Stach E A， Ruoff R S.Nature， 2006， 442（7100）： 282-286

4 Schniepp H C， Li J L， McAllister M J， Sai H， Herrera Alonso， Adamson D H， Aksay I A.J.Phys.Chem.B， 2006， 110（17）： 8535-8539

5 Park S， An J， Piner R D， Jung I， Yang D， Velamakanni A， Ruoff R S.Chem. Mat.， 2008， 20（21）： 6592-6594

6 Liu Y， Dong X， Chen P.Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（6）： 2283-2307

7 Stankovich S， Dikin D A， Dommett G H， Kohlhaas K M， Zimney E J， Stach E A， Ruoff R S.Nature， 2006， 442（7100）： 282-286

8 GU Yan Long， SHI Feng， DENG You Quan.J. Chin. Sci. Bull.， 2004， 49（6）： 515-521

顧彥龍， 石 峰， 鄧有權(quán). 科學(xué)通報(bào)， 2004， 49（6）： 515-521

9 SUN Wei， GAO Rui Fang， BI Rui Feng， JIAO Kui.Chinese J. Anal. Chem.， 2007， 35（4）： 567-570

孫 偉， 高瑞芳， 畢瑞峰， 焦 奎. 分析化學(xué)， 2007， 35（4）： 567-570

10 Hummers Jr W S， Offeman R E.J. Am. Chem. Soc.， 1958， 80 （6）： 1339-1339

11 Zhang M， Gorski W.J. Am. Chem. Soc.， 2005， 127（7）： 2058-2059

12 Deng L， Liu Y， Yang G， Shang L， Wen D， Wang F， Xu Z， Dong S.Biomacromolecules， 2007， 8（7）： 2063-2071

13 Zhao H T， Ju H X.Anal. Biochem.， 2006， 350（1）： 138-144

0.08 V，比IL/GC電極正移了40 mV，且峰型最好， 峰電流最大。圖2表明，復(fù)合膠修飾的電極IL GN/GC表現(xiàn)出了對(duì)H2O2最好的電化學(xué)還原性能。復(fù)合溶膠電極中還原峰電流的改變不是因?yàn)槭覝仉x子液體或石墨烯單一組分作用，而是因?yàn)槎叩膮f(xié)同作用，iIL GN >iGN+iIL。最近已有關(guān)于碳納米管和氧化還原媒介體直接的綜合體系的協(xié)同作用的報(bào)道[11，12]， 認(rèn)為氧化還原媒介體的引入能夠提高碳納米管的電子和離子傳輸能力，同時(shí)增加了復(fù)合膜之間的電子交換。在這里，可以借用這種機(jī)理解釋IL GN納米復(fù)合膠的協(xié)同作用。另外， 通過不斷加入干擾物質(zhì)AA，DA，NE等，證明IL/GNs具有很好的抗干擾性能。同時(shí)，從圖3可見，隨著H2O2濃度增加，催化電流也逐漸增大。這些結(jié)果都表明IL GN復(fù)合溶膠能夠作為一種媒介質(zhì)應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器中，具有導(dǎo)電性和生物相容性好、成本低和毒性低等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 基于Uox IL GNs/GC修飾電極的電化學(xué)傳感器對(duì)尿酸的檢測(cè)在IL GN復(fù)合物中混合尿酸酶Uox，用于尿酸的催化，從而制備出檢測(cè)尿酸的酶生物傳感器。尿酸酶在氧氣的存在下，尿酸氧化成尿囊素，同時(shí)產(chǎn)生H2O2。 通過檢測(cè)產(chǎn)生的H2O2電化學(xué)還原電流就可以測(cè)定尿酸的濃度。電位在0～

0.3 mV，電流響應(yīng)值持續(xù)增加，而這之后增加速度減慢，而且更加低的電位會(huì)導(dǎo)致噪聲的增強(qiáng)，所以在實(shí)驗(yàn)中操作電壓選擇

mV。在電位

0.30 V的條件下，在電解質(zhì)中不斷加入不同濃度的尿酸，產(chǎn)生的穩(wěn)定的電流 時(shí)間曲線見圖4。實(shí)驗(yàn)中，傳感器對(duì)尿酸的加入響應(yīng)相當(dāng)迅速，響應(yīng)時(shí)間10 s以內(nèi)。反應(yīng)迅速的原因主要是在不斷攪拌的電解質(zhì)中，電極上Uox IL GN復(fù)合物對(duì)H2O2還原的協(xié)同作用。從i t曲線得出本方法檢測(cè)尿酸的線性范圍為0.002～4.5 mmol/L，檢出限為0.85 μmol/L。 正常人體血清中尿酸濃度為0.3～0.5 mmol/L， 尿液中尿酸濃度為1.4～4.4 mmol/L，因此本傳感器可用于實(shí)際血液和尿液樣品中尿酸的檢查。上述結(jié)果表明，石墨烯 室溫離子液體復(fù)合膠能為基于尿酸酶的尿酸傳感器提供一個(gè)生物相容性良好的平臺(tái)。

3.4 基于IL GN/GC修飾電極的尿酸電化學(xué)傳感器的抗干擾性能

在實(shí)際樣品中，有一些與尿酸共存的電活性物質(zhì)，如葡萄糖、AA、NE、DA等， 可能影響生物傳感器的響應(yīng)。圖5顯示了此傳感器的抗干擾性能。在圖5中， Glucose （5 mmol/L）， AA （0.1 mmol/L）， NE （0.1 mmol/L）， DA （0.1 mmol/L）幾乎不引起電信號(hào)，而尿酸產(chǎn)生了非常明顯的響應(yīng)。結(jié)果表明，生理濃度范圍內(nèi)，葡萄糖、AA、NE、DA等不影響尿酸的測(cè)定。這種理想的選擇性歸功于檢測(cè)過程中采用了比較低的操作電壓，因此，本方法未使用選擇性滲透膜或酶的預(yù)處理，對(duì)尿酸具有特異性的的響應(yīng)。這一點(diǎn)相較于以前報(bào)道的傳感器有

明顯的優(yōu)勢(shì)[13]，同時(shí)這一結(jié)果也預(yù)示了這種傳感器在實(shí)際樣品的檢測(cè)中的適用性。

3.5 實(shí)際樣品中尿酸濃度的測(cè)定

采用本傳感器對(duì)5份血清和尿樣進(jìn)行分析， 并與湖南省長(zhǎng)沙市第四醫(yī)院分光光度法的結(jié)果相符合（見表1），表明此傳感器可用于實(shí)際樣品的分析。

3.6 傳感器的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

考察了Uox GN IL修飾電極的重現(xiàn)性，相同條件下制備的6 支電極， 對(duì)20 mmol/L UA進(jìn)行檢測(cè)，電化學(xué)信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.1%；同一只電極對(duì)同一樣品重復(fù)3次測(cè)定的RSD為2.6%，還考察了該多層膜修飾電極的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。將修飾電極貯存于4 ℃冰箱內(nèi)，每天取出進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明，在2 個(gè)月后，電化學(xué)信號(hào)降低5.2%。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 將離子液體和石墨烯復(fù)合物溶膠（IL GNs）修飾在玻碳電極表面， 由于石墨烯和離子液體的協(xié)同作用， 可大大改善電極的導(dǎo)電性和生物相容性，成為良好的生物電化學(xué)平臺(tái)。 IL GNs復(fù)合物具有良好的催化能力和容易制備等特點(diǎn)， 有望在生物傳感器和其它生物電化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

References

1 Geim A K， Novoselov K S.Nat. Mater，2007， 6（3）： 183-191

2 Neto A C， Guinea F， Peres N M R， Novoselov K S， Geim A K.Rev. Mod. Phys.， 2009， 81（1）： 109-162

3 Stankovich S， Dikin D A， Dommett G H， Kohlhaas K M， Zimney E J， Stach E A， Ruoff R S.Nature， 2006， 442（7100）： 282-286

4 Schniepp H C， Li J L， McAllister M J， Sai H， Herrera Alonso， Adamson D H， Aksay I A.J.Phys.Chem.B， 2006， 110（17）： 8535-8539

5 Park S， An J， Piner R D， Jung I， Yang D， Velamakanni A， Ruoff R S.Chem. Mat.， 2008， 20（21）： 6592-6594

6 Liu Y， Dong X， Chen P.Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（6）： 2283-2307

7 Stankovich S， Dikin D A， Dommett G H， Kohlhaas K M， Zimney E J， Stach E A， Ruoff R S.Nature， 2006， 442（7100）： 282-286

8 GU Yan Long， SHI Feng， DENG You Quan.J. Chin. Sci. Bull.， 2004， 49（6）： 515-521

顧彥龍， 石 峰， 鄧有權(quán). 科學(xué)通報(bào)， 2004， 49（6）： 515-521

9 SUN Wei， GAO Rui Fang， BI Rui Feng， JIAO Kui.Chinese J. Anal. Chem.， 2007， 35（4）： 567-570

孫 偉， 高瑞芳， 畢瑞峰， 焦 奎. 分析化學(xué)， 2007， 35（4）： 567-570

10 Hummers Jr W S， Offeman R E.J. Am. Chem. Soc.， 1958， 80 （6）： 1339-1339

11 Zhang M， Gorski W.J. Am. Chem. Soc.， 2005， 127（7）： 2058-2059

12 Deng L， Liu Y， Yang G， Shang L， Wen D， Wang F， Xu Z， Dong S.Biomacromolecules， 2007， 8（7）： 2063-2071

13 Zhao H T， Ju H X.Anal. Biochem.， 2006， 350（1）： 138-144

0.08 V，比IL/GC電極正移了40 mV，且峰型最好， 峰電流最大。圖2表明，復(fù)合膠修飾的電極IL GN/GC表現(xiàn)出了對(duì)H2O2最好的電化學(xué)還原性能。復(fù)合溶膠電極中還原峰電流的改變不是因?yàn)槭覝仉x子液體或石墨烯單一組分作用，而是因?yàn)槎叩膮f(xié)同作用，iIL GN >iGN+iIL。最近已有關(guān)于碳納米管和氧化還原媒介體直接的綜合體系的協(xié)同作用的報(bào)道[11，12]， 認(rèn)為氧化還原媒介體的引入能夠提高碳納米管的電子和離子傳輸能力，同時(shí)增加了復(fù)合膜之間的電子交換。在這里，可以借用這種機(jī)理解釋IL GN納米復(fù)合膠的協(xié)同作用。另外， 通過不斷加入干擾物質(zhì)AA，DA，NE等，證明IL/GNs具有很好的抗干擾性能。同時(shí)，從圖3可見，隨著H2O2濃度增加，催化電流也逐漸增大。這些結(jié)果都表明IL GN復(fù)合溶膠能夠作為一種媒介質(zhì)應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器中，具有導(dǎo)電性和生物相容性好、成本低和毒性低等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 基于Uox IL GNs/GC修飾電極的電化學(xué)傳感器對(duì)尿酸的檢測(cè)在IL GN復(fù)合物中混合尿酸酶Uox，用于尿酸的催化，從而制備出檢測(cè)尿酸的酶生物傳感器。尿酸酶在氧氣的存在下，尿酸氧化成尿囊素，同時(shí)產(chǎn)生H2O2。 通過檢測(cè)產(chǎn)生的H2O2電化學(xué)還原電流就可以測(cè)定尿酸的濃度。電位在0～

0.3 mV，電流響應(yīng)值持續(xù)增加，而這之后增加速度減慢，而且更加低的電位會(huì)導(dǎo)致噪聲的增強(qiáng)，所以在實(shí)驗(yàn)中操作電壓選擇

mV。在電位

0.30 V的條件下，在電解質(zhì)中不斷加入不同濃度的尿酸，產(chǎn)生的穩(wěn)定的電流 時(shí)間曲線見圖4。實(shí)驗(yàn)中，傳感器對(duì)尿酸的加入響應(yīng)相當(dāng)迅速，響應(yīng)時(shí)間10 s以內(nèi)。反應(yīng)迅速的原因主要是在不斷攪拌的電解質(zhì)中，電極上Uox IL GN復(fù)合物對(duì)H2O2還原的協(xié)同作用。從i t曲線得出本方法檢測(cè)尿酸的線性范圍為0.002～4.5 mmol/L，檢出限為0.85 μmol/L。 正常人體血清中尿酸濃度為0.3～0.5 mmol/L， 尿液中尿酸濃度為1.4～4.4 mmol/L，因此本傳感器可用于實(shí)際血液和尿液樣品中尿酸的檢查。上述結(jié)果表明，石墨烯 室溫離子液體復(fù)合膠能為基于尿酸酶的尿酸傳感器提供一個(gè)生物相容性良好的平臺(tái)。

3.4 基于IL GN/GC修飾電極的尿酸電化學(xué)傳感器的抗干擾性能

在實(shí)際樣品中，有一些與尿酸共存的電活性物質(zhì)，如葡萄糖、AA、NE、DA等， 可能影響生物傳感器的響應(yīng)。圖5顯示了此傳感器的抗干擾性能。在圖5中， Glucose （5 mmol/L）， AA （0.1 mmol/L）， NE （0.1 mmol/L）， DA （0.1 mmol/L）幾乎不引起電信號(hào)，而尿酸產(chǎn)生了非常明顯的響應(yīng)。結(jié)果表明，生理濃度范圍內(nèi)，葡萄糖、AA、NE、DA等不影響尿酸的測(cè)定。這種理想的選擇性歸功于檢測(cè)過程中采用了比較低的操作電壓，因此，本方法未使用選擇性滲透膜或酶的預(yù)處理，對(duì)尿酸具有特異性的的響應(yīng)。這一點(diǎn)相較于以前報(bào)道的傳感器有

明顯的優(yōu)勢(shì)[13]，同時(shí)這一結(jié)果也預(yù)示了這種傳感器在實(shí)際樣品的檢測(cè)中的適用性。

3.5 實(shí)際樣品中尿酸濃度的測(cè)定

采用本傳感器對(duì)5份血清和尿樣進(jìn)行分析， 并與湖南省長(zhǎng)沙市第四醫(yī)院分光光度法的結(jié)果相符合（見表1），表明此傳感器可用于實(shí)際樣品的分析。

3.6 傳感器的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

考察了Uox GN IL修飾電極的重現(xiàn)性，相同條件下制備的6 支電極， 對(duì)20 mmol/L UA進(jìn)行檢測(cè)，電化學(xué)信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.1%；同一只電極對(duì)同一樣品重復(fù)3次測(cè)定的RSD為2.6%，還考察了該多層膜修飾電極的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。將修飾電極貯存于4 ℃冰箱內(nèi)，每天取出進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明，在2 個(gè)月后，電化學(xué)信號(hào)降低5.2%。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 將離子液體和石墨烯復(fù)合物溶膠（IL GNs）修飾在玻碳電極表面， 由于石墨烯和離子液體的協(xié)同作用， 可大大改善電極的導(dǎo)電性和生物相容性，成為良好的生物電化學(xué)平臺(tái)。 IL GNs復(fù)合物具有良好的催化能力和容易制備等特點(diǎn)， 有望在生物傳感器和其它生物電化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

References

1 Geim A K， Novoselov K S.Nat. Mater，2007， 6（3）： 183-191

2 Neto A C， Guinea F， Peres N M R， Novoselov K S， Geim A K.Rev. Mod. Phys.， 2009， 81（1）： 109-162

3 Stankovich S， Dikin D A， Dommett G H， Kohlhaas K M， Zimney E J， Stach E A， Ruoff R S.Nature， 2006， 442（7100）： 282-286

4 Schniepp H C， Li J L， McAllister M J， Sai H， Herrera Alonso， Adamson D H， Aksay I A.J.Phys.Chem.B， 2006， 110（17）： 8535-8539

5 Park S， An J， Piner R D， Jung I， Yang D， Velamakanni A， Ruoff R S.Chem. Mat.， 2008， 20（21）： 6592-6594

6 Liu Y， Dong X， Chen P.Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（6）： 2283-2307

7 Stankovich S， Dikin D A， Dommett G H， Kohlhaas K M， Zimney E J， Stach E A， Ruoff R S.Nature， 2006， 442（7100）： 282-286

8 GU Yan Long， SHI Feng， DENG You Quan.J. Chin. Sci. Bull.， 2004， 49（6）： 515-521

顧彥龍， 石 峰， 鄧有權(quán). 科學(xué)通報(bào)， 2004， 49（6）： 515-521

9 SUN Wei， GAO Rui Fang， BI Rui Feng， JIAO Kui.Chinese J. Anal. Chem.， 2007， 35（4）： 567-570

孫 偉， 高瑞芳， 畢瑞峰， 焦 奎. 分析化學(xué)， 2007， 35（4）： 567-570

10 Hummers Jr W S， Offeman R E.J. Am. Chem. Soc.， 1958， 80 （6）： 1339-1339

11 Zhang M， Gorski W.J. Am. Chem. Soc.， 2005， 127（7）： 2058-2059

12 Deng L， Liu Y， Yang G， Shang L， Wen D， Wang F， Xu Z， Dong S.Biomacromolecules， 2007， 8（7）： 2063-2071

13 Zhao H T， Ju H X.Anal. Biochem.， 2006， 350（1）： 138-144