Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極電致化學發(fā)光測定槐定堿

李彥青，羅 應，楊蘭蘭，程 昊，黃文藝，李利軍*

(1.廣西科技大學 生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州 545616)

Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極電致化學發(fā)光測定槐定堿

李彥青1，羅 應2，楊蘭蘭1，程 昊1，黃文藝1，李利軍1*

(1.廣西科技大學 生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州 545616)

電化學發(fā)光；聯(lián)吡啶釕；硅溶膠；納米金；槐定堿

圖1 槐定堿的分子結(jié)構(gòu)式

槐定堿(Sophoridine)是從豆科槐屬植物苦豆子中提取的單體生物堿，其分子式為C15H24N2O，是含四環(huán)的喹諾里西啶結(jié)構(gòu)的生物堿(如圖1)[1]?；倍▔A具有廣泛的藥理學作用，如抗腫瘤作用、抗心律失常作用、保護心肌缺血作用、抗病毒作用、抗炎作用、免疫作用、鎮(zhèn)痛作用等[2]；臨床上，槐定堿對惡性滋養(yǎng)細胞腫瘤有顯著療效，具有安全性好、毒副作用低等優(yōu)點[3]。

在測定槐定堿的文獻報道中，主要以高效液相色譜法(HPLC)[4-8]為主，同時還包括反向高效液相色譜法(RP/HPLC)[9-10]、高效毛細管電泳法(HPCE)[11]、電化學法(EC)[12-14]、流動注射-電致化學發(fā)光法(FIA-ECL)[15-16]等。在流動注射-電致化學發(fā)光測定槐定堿的研究中，廈門大學的陳曦[15]、章麗燕[16]等通過將75-4B型快速極譜儀、電解池、HL-2恒流泵、GD.1型微光測量儀、色譜工作站等聯(lián)用，組裝ECL流動注射測定裝置。其中前者研究了取代基對胺類化合物聯(lián)吡啶釕電致化學發(fā)光的影響，驗證了槐定堿對聯(lián)吡啶釕的增敏作用；后者實現(xiàn)了在玻碳電極上對槐定堿的測定，但儀器及操作復雜，不利于槐定堿測定技術(shù)的推廣。

電致化學發(fā)光(Electrochemiluminescence，ECL)分析法具有線性范圍寬、靈敏度高及儀器簡單、可控性強、便于檢測等優(yōu)點，已被廣泛應用于藥物檢測分析，而電極修飾技術(shù)因可改變電極表面上的微結(jié)構(gòu)，改善電化學發(fā)光分析特性，進而可提高儀器的選擇性和靈敏度[17-19]。本研究基于陽離子型高分子材料的Nafion特性，利用硅溶膠(Silica sol)的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及—SiO—O—SiO—的成膜性能，提高了修飾電極表面的耐水性和耐熱性，且實現(xiàn)了涂膜的致密堅硬及抗污染能力。但因硅溶膠在成膜過程中體積收縮較大，易造成涂膜開裂，所以添加助膜劑聚乙烯吡咯烷酮(K-30)防止成膜時開裂。另外，利用納米金的高比表面積和電催化作用，增強了修飾電極表面的響應效果。在綜合考慮修飾劑特點的基礎(chǔ)上，實驗采用溶膠-凝膠法將硅溶膠/納米金/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)復合膜修飾至金電極表面，成功制備了測定槐定堿的電化學發(fā)光傳感器，據(jù)此建立了測定槐定堿的電化學發(fā)光分析新方法。該傳感器制備方法簡單、成本低、靈敏度高、選擇性好。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

MPI-E型電致化學發(fā)光分析系統(tǒng)(西安瑞邁電子科技有限公司)；Nano ZS 90型納米粒度及Zeta電位分析儀(英國馬爾文儀器公司)。電化學發(fā)光實驗用三電極系統(tǒng)：Silica sol/Nano-Au/PVP復合物修飾的金電極為工作電極，Pt絲電極為對電極，Ag/AgCl(飽和KCl溶液)為參比電極。

1.2 修飾電極的制備

1.2.1 金電極的預處理 在金相砂紙上將金電極打磨平整、潔凈，并在放有Al2O3粉的鹿皮上進行拋光，待金電極表面光滑、清潔后，先后用水、無水乙醇與水混合液、水進行超聲清洗，晾干后，于0.10 mol/L H2SO4溶液中，在-0.2～1.4 V范圍內(nèi)對金電極進行循環(huán)伏安掃描，直至循環(huán)伏安(CV)曲線穩(wěn)定，晾干備用。

1.2.2 納米金的制備 將一定量的氯金酸溶液裝入反應瓶，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速器轉(zhuǎn)速為600 r/min，加熱至溶液沸騰，放入所需的檸檬酸三鈉，于恒溫下反應至溶液由綠色變?yōu)榫萍t色，待反應完全后停止加熱，緩慢冷卻至室溫，即制得溶膠納米金[20]。通過Nano ZS 90型納米粒度分析儀測得其粒徑范圍在7～50 nm之間，其中主要分布在15 nm左右。

1.2.3 Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極的制備 將硅溶膠、納米金和1%PVP按一定體積比混合，得到Nano-Au/Silica sol/PVP混合液。將預處理后的金電極浸入該聚合液中，約30 s后取出，在4 ℃下放置12 h后得Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極。

圖2 電化學發(fā)光檢測示意圖

1.3 實驗方法

三電極系統(tǒng)：以Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極為工作電極，Pt絲為對電極，Ag/AgCl(飽和KCl)為參比電極；支持電解質(zhì)為磷酸鹽緩沖溶液(pH 9.0)，光電倍增管負高壓為800 V，掃描速度為100 mV/s。實驗在室溫下進行，測定前溶液用超聲波除氣5 min，所有電位值均相對于參比電極。電化學發(fā)光檢測池如圖2所示。

2 結(jié)果與討論

圖3 Ru(和Ru(槐定堿體系的電致化學發(fā)光行為

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

圖4 不同電極對Ru(槐定堿 體系電化學發(fā)光強度的影響

圖5 Silica sol/Nano-Au/PVP體積比對電化學 發(fā)光強度的影響

圖6 緩沖溶液pH值對電化學發(fā)光強度的影響

2.3 Silica sol/Nano-Au/PVP配比的優(yōu)化

2.4 緩沖體系以及pH值的選擇

2.6 儀器參數(shù)的優(yōu)化選擇

2.7 共存物質(zhì)的影響

表1 不同測定槐定堿方法的線性范圍及檢出限對比

*no data

2.8 方法評價

在最佳實驗條件下，利用MPI-E型電致化學發(fā)光工作站記錄不同濃度槐定堿標準溶液的電化學發(fā)光強度值，以化學發(fā)光強度值對其濃度進行線性回歸。結(jié)果表明：槐定堿濃度在1.6×10-7～1.6×10-4mol/L范圍內(nèi)與發(fā)光強度值呈良好線性關(guān)系(r2=0.994 5)，線性方程為I(Counts)=4.000×107c+262.2，檢出限(S/N=3)為3.5×10-9mol/L。連續(xù)測定1.6×10-5mol/L的槐定堿溶液6次，其相對標準偏差(RSD)為2.9%，表明體系的重現(xiàn)性好。將該方法與已有測定槐定堿方法進行對比(如表1)，結(jié)果表明，電致化學發(fā)光技術(shù)具有線性范圍寬、檢出限低、儀器和操作簡單等優(yōu)點。

3 結(jié) 論

本文利用傳感器制備技術(shù)，制備出Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極的工作電極，在MPI-E型電致化學發(fā)光工作站平臺上，建立了電化學發(fā)光測定槐定堿的新方法。該方法用于槐定堿含量的測定，具有檢出限低、線性范圍寬和操作簡單等優(yōu)點，具有潛在的實用價值。

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新型二維半導體設計研究取得突破

近期，南京理工大學納米光電材料研究所曾海波團隊，在全新二維半導體設計方面取得重要突破，相關(guān)成果以“Atomically Thin Arsenene and Antimonene: Semimetal-Semiconductor and Indirect-Direct Band-Gap Transitions”為題在線發(fā)表于《德國應用化學》(Angew.Chem.In.Ed.,2015, DOI:10.1002/anie.201411246)，并被選為“熱點文章(Hot Paper)”、期刊封面。該期刊由德國Wiley公司出版，是化學與材料等學科頂尖期刊，影響因子為11.3。第一作者為張勝利博士，曾海波教授為通訊作者。

近年來，原子級厚度二維晶體材料，如石墨烯、硅烯和鍺烯等，展現(xiàn)出卓越的性能，被廣泛應用于信息、能源器件。然而，這些碳族二維晶體也暴露了嚴重的弱點——零帶隙，嚴重影響了它們在電子、光電子器件中的應用。此外，硫化物二維晶體帶隙小于2.0 eV，而氮化硼白石墨烯帶隙則高達6.0 eV。顯然，二維半導體的帶隙、響應光譜波段存在嚴重缺失，影響了相應器件的發(fā)展。

曾海波課題組設計了具有高穩(wěn)定性、寬帶隙的新型二維單元素半導體——單層砷烯(Arsenene)和銻烯(Antimonene)。首先，這兩類二維材料的穩(wěn)定性非常引人注目。一方面，所選取的母體晶體結(jié)構(gòu)是它們最穩(wěn)定的構(gòu)型，其層間作用力僅與六方氮化硼接近。另一方面，砷烯和銻烯中每個原子遵循八電子配位，自我調(diào)整形成了高穩(wěn)定的波浪狀二維結(jié)構(gòu)，相應的聲子譜完全沒有虛頻。因此，實驗上很可能通過機械剝離、液相剝離、氣相生長等制備這兩類材料。其次，這兩類二維材料展現(xiàn)了具有重要應用前景的電子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。砷和銻的層狀塊材是典型的半金屬。而第一性原理計算結(jié)果顯示，當減薄到一個原子厚度后，它們轉(zhuǎn)變成了間接帶隙半導體，帶隙值分別為2.49和2.28 eV，正好對應于藍光光譜范圍。此外，加載微小的雙軸應變，就可實現(xiàn)從間接到直接帶隙的轉(zhuǎn)變，以及帶隙大小的調(diào)控。這些電子結(jié)構(gòu)特征表明，砷烯和銻烯在藍光探測器、LED、激光器方面具有應用潛力，甚至可用于柔性透明力-電、力-光傳感器。

自2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯后，研究人員主要集中在Ⅳ碳族二維體系，忽視了V氮族。該工作設計的砷烯銻烯，及近兩年發(fā)展迅猛的磷烯，有可能共同掀起氮族二維半導體實驗和理論研究的熱潮。該工作在線3天內(nèi)即獲得了國際同行的廣泛興趣。一方面，從arXiv預印本文庫獲悉，該工作已經(jīng)被愛爾蘭都柏林圣三一學院Jonathan N. Coleman教授正面引用。另一方面，該工作已經(jīng)被NanoWerk,ChemistryViews,Nature等國際學術(shù)媒體進行了亮點報道。

以上研究得到了科技部國家重大科學研究計劃、基金委優(yōu)秀青年基金、江蘇省納米材料與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。

(信息來源：科學網(wǎng))

Determination of Sophoridine by Electrochemiluminescence Based on Nano-Au/Silica sol/PVP Modified Gold Electrode

LI Yan-qing1,LUO Ying2,YANG Lan-lan1,CHENG Hao1,HUANG Wen-yi1,LI Li-jun1*

(1.College of Biological and Chemical Engineering,Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545006,China；2.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545616,China)

2014-09-12；

2014-10-20

國家自然科學基金資助項目(20665001)；廣西自然科學基金資助項目(0640029 )；廣西高?？茖W技術(shù)研究項目(2013YB176)；廣西科技大學科學基金項目(1261115，1419217)

10.3969/j.issn.1004-4957.2015.02.015

O657.1；TQ460.72

A

1004-4957(2015)02-0210-06

*通訊作者：李利軍，博士，教授，研究方向：分析化學、生化過程檢測與控制，Tel:0772-2685028，E-mail:lilijun0562 @sina.com