石墨烯修飾電極在藥物分析中的應(yīng)用

韓 璐，黃大波

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石墨烯修飾電極在藥物分析中的應(yīng)用

韓 璐1，黃大波2

（1. 營口理工學(xué)院 化學(xué)工程系， 遼寧 營口 115014； 2. 營口市公安局刑警支隊(duì)， 遼寧 營口 115000）

總結(jié)了近年來國內(nèi)外的研究成果，分別從抗菌消炎類藥物、解熱鎮(zhèn)痛類藥物、神經(jīng)系統(tǒng)類藥物、心腦血管類藥物、抗病毒類藥物、維生素類藥物等幾方面綜述了石墨烯修飾電極在藥物分析中的最新研究進(jìn)展。

石墨烯；修飾電極；藥物分析；綜述

藥品的特殊性，決定了其與人的生命息息相關(guān)。因此，建立一種行之有效的快速檢測手段尤為重要。近年來電化學(xué)分析法因其設(shè)備簡單，易于操作，響應(yīng)時(shí)間短，被廣泛的應(yīng)用于環(huán)境分析、食品分析、醫(yī)藥分析等多領(lǐng)域。尤其隨著修飾電極的出現(xiàn)，各種功能化的電極不斷發(fā)展，拓寬了電分析化學(xué)的應(yīng)用范圍，極大地滿足了越來越復(fù)雜的檢測需求，提高了該方法的檢測靈敏度。

石墨烯[1]作為碳家族的新成員，一出現(xiàn)便引起了科學(xué)界的普遍關(guān)注。石墨烯獨(dú)特的二維蜂窩狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其展現(xiàn)出了優(yōu)異的物理化學(xué)性能，諸如超高的電子遷移率和機(jī)械強(qiáng)度、大的比表面積、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及透光性[2-4]。另外，石墨烯還具有電化學(xué)窗口寬、電催化活性高、吸附力強(qiáng)、生物兼容性好[5,6]等特點(diǎn)，很快就成為一種理想的電極材料被廣泛研究。本文總結(jié)了近年來國內(nèi)外的研究成果，重點(diǎn)介紹了石墨烯修飾電極在藥物分析中的應(yīng)用。

1 抗菌消炎類藥物

Karuppiah C等[7]提出了一種利用羧基功能化氧化石墨烯修飾玻碳電極來實(shí)現(xiàn)非甾體類抗炎藥雙氯芬酸定量測定的新思想。該修飾電極對(duì)雙氯芬酸表現(xiàn)出了明顯的電催化效應(yīng)，與裸電極相比，雙氯芬酸氧化峰電流顯著提高，用于人體尿液和血清樣本中雙氯芬酸的測定，檢測靈敏度高達(dá)0.532 μA (μmol/L)-1cm-2。另外，將該方法用于市售藥物片劑中雙氯芬酸含量的測定，其結(jié)果與藥劑的標(biāo)注含量相吻合。

吳芳輝等[8]采用滴涂法制備了氧化石墨烯修飾的玻碳電極，比較了氧氟沙星在裸玻碳電極和修飾電極上的電化學(xué)行為。結(jié)果表明，在修飾電極上氧氟沙星的氧化峰電流顯著增強(qiáng)，同時(shí)過電位降低了近70 mV。采用示差脈沖伏安法測得氧氟沙星的檢測限為2.2×10-7mol/L。將該方法用于滴眼液中氧氟沙星的測定，其結(jié)果與標(biāo)注含量基本一致，平均回收率為98.2%。

Devadas B等[9]提出了利用氧化石墨烯/聚精氨酸修飾玻碳電極來實(shí)現(xiàn)抗結(jié)核藥物異煙肼、吡嗪酰胺和鹽酸丁螺環(huán)酮同時(shí)測定的新方法。該方法檢測線性范圍寬，可達(dá)到三個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)異煙肼、吡嗪酰胺和鹽酸丁螺環(huán)酮的檢出限分別低至2.59、3.54以及3.28 μmol/L。方法用于血清和普通市售藥劑含量的測定，其測定結(jié)果與藥劑的標(biāo)注含量相符。

Tajik S等[10]制備了一種新型的離子液/石墨烯修飾碳糊電極，用于芒果苷的測定。修飾電極對(duì)芒果苷的測定具有明顯的增敏作用，采用方波伏安法測得芒果苷的檢出限為20.0 nmol/L，線性范圍為5.0×10-8～2.0×10-4mol/L。該方法已成功用于血清和尿液中芒果苷的含量測定。

2 解熱、鎮(zhèn)痛類藥物

Yi?it A等[11]構(gòu)建了石墨烯-Nafion復(fù)合膜修飾玻碳電極，用于對(duì)乙酰氨基酚、阿司匹林、咖啡因三種解熱鎮(zhèn)痛藥的同時(shí)測定。采用方波陽極溶出伏安法測得對(duì)乙酰氨基酚、阿司匹林、咖啡因的氧化峰電位分別為0.64、1.04、1.44 V，相鄰峰電位相差0.4 V，并且三者的氧化峰電流與其濃度具有良好的線性關(guān)系，檢出限分別可達(dá)1.2×10-9、6.5×10-8、3.8×10-8mol/L。該修飾電極已經(jīng)成功的用于成品藥劑中對(duì)乙酰氨基酚、阿司匹林、咖啡因的定量測定。

李春蘭等[12]制備了石墨烯/DNA/納米金復(fù)合物修飾玻碳電極，研究了布洛芬在修飾電極上的電化學(xué)行為，建立了布洛芬的電化學(xué)分析方法。在裸玻碳電極上，幾乎沒有觀察到布洛芬的電化學(xué)信號(hào)。而在修飾電極上，布洛芬出現(xiàn)了明顯的氧化峰，且峰形良好。采用差分脈沖伏安法測得布洛芬的線性范圍在7.2×10-7mol/L到4.9×10-5mol/L之間，檢測限為1.5×10-7mol/L。

張青春等[13]預(yù)先將納米Fe3O4與石墨烯超聲混勻，再采用滴涂的方式構(gòu)建了納米Fe3O4-石墨烯復(fù)合膜修飾玻碳電極，考察了吡羅昔康在修飾電極上的電化學(xué)行為。采用方波伏安法，測得吡羅昔康的檢出限為5.3×10-7mol/L。該方法用于市售吡羅昔康藥片的測定，其加標(biāo)回收率在100.0%～104.0%之間。

楊欣等[14]制備了石墨烯－Nafion－納米金復(fù)合物增敏印刷電極，用于中草藥青藤堿含量的測定。通過優(yōu)化修飾劑用量、富集電位、富集時(shí)間等實(shí)驗(yàn)條件，在pH=2.09的Britton－Robinson緩沖溶液中，測得青藤堿的檢出限為2.2×10-7mol/L，線性范圍為5.0×10-7～1.0×10-4mol/L。該方法用于正清風(fēng)痛寧注射液樣品中青藤堿加標(biāo)回收率的測定，結(jié)果令人滿意。

3 神經(jīng)系統(tǒng)類藥物

Parvin M H等[15]通過還原氧化石墨烯的方式構(gòu)建了石墨烯修飾碳糊電極，用于右旋美托咪定的測定，并且考察了pH值、支持電解質(zhì)、掃描速率及可能存在的干擾物質(zhì)等因素對(duì)測定的影響。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，采用微分脈沖伏安法測得右旋美托咪定的線性范圍0.009 ~2.5 μmol/L，檢出限為2.8 nmol/L。

在抗壞血酸和尿酸存在下選擇性測定左旋多巴的方法由Yi S Y等[16]人提出。與裸電極相比，在石墨烯修飾玻碳電極上，三者的氧化峰電位分別位于0.098、0.285、0.423 V，左旋多巴的氧化峰可以被很好的分離出來，從而可以排除抗壞血酸和尿酸的干擾，實(shí)現(xiàn)左旋多巴的單獨(dú)定量測定。該電極系統(tǒng)已經(jīng)成功的用于市售片劑和尿液樣本中左旋多巴的直接測定。

Fakhari A R等[17]采用微分脈沖伏安法在石墨烯修飾的絲網(wǎng)印刷電極上實(shí)現(xiàn)了對(duì)血漿和尿液中中樞性鎮(zhèn)咳藥右美沙芬的測定。

4 心腦血管類藥物

4.1 降壓類藥物

Gholivand M B等[18]在石墨烯/二茂鐵修飾碳糊電極上實(shí)現(xiàn)了抗高血壓藥物卡托普利和氫氯噻嗪的同時(shí)測定，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，采用差分脈沖伏安法得到卡托普利和氫氯噻嗪的檢測線性范圍分別為1~430 μmol/L和0.5~390 μmol/L。

Hasanzadeh M等[19]制備了β–環(huán)糊精/氧化石墨烯復(fù)合物修飾的玻碳電極，并通過循環(huán)伏安法、微分脈沖伏安法以及計(jì)時(shí)庫侖法研究了賴諾普利在修飾電極上的電化學(xué)行為。結(jié)果表明，修飾電極對(duì)賴諾普利具有明顯的電催化作用，可降低檢測限至0.11 μmol/L。目前，該方法已經(jīng)成功地用于人血清中賴諾普利的測定。

Beitollahi H等[20]考察了甲基多巴在石墨烯復(fù)合物修飾碳糊電極上的電化學(xué)行為。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，通過方波伏安法測得甲基多巴的線性范圍為9.0×10-8～5.0×10-4mol/L，檢出限為5.0×10-8mol/L。該傳感器靈敏度高，選擇性好，已經(jīng)成功的用于尿液和藥物制劑等實(shí)際樣品中甲基多巴含量的測定。

4.2 其他血管類藥物

Parvin M H等[21]介紹了一種利用功能化石墨烯修飾碳糊電極來實(shí)現(xiàn)抗壞血酸、多巴胺和尿酸同時(shí)測定的方法。由于石墨烯的存在，三種物質(zhì)在修飾電極上的吸附分別表現(xiàn)為靜電作用、離子交換和氫鍵三種不同的方式，使得其氧化峰電勢可以被很好的分離，實(shí)現(xiàn)同時(shí)測定。采用微分脈沖伏安法，測得抗壞血酸、多巴胺和尿酸的線性范圍分別為0.05~9.0、0.03~13、0.03~5.5 μmol/L，檢出限分別為0.02、0.01、0.01 μmol/L。

孫偉等[22]采用分步電沉積的方式制備了三維的納米金/石墨烯復(fù)合物修飾離子液碳糊電極。由于納米金和石墨烯的協(xié)同作用，蘆丁在修飾電極上的電化學(xué)信號(hào)顯著提高。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，測得其檢出限為2.55×10-8mol/L。該方法用于市售復(fù)方蘆丁片的測定，其結(jié)果與標(biāo)注含量基本一致，加標(biāo)回收率在98%～99.67%之間。

Ma X等[23]在pH = 4的磷酸鹽緩沖溶液中，利用石墨烯修飾的玻碳電極實(shí)現(xiàn)了抗壞血酸、去甲腎上腺素、尿酸的同時(shí)測定。相較于傳統(tǒng)電極，修飾電極不僅可以將三者的氧化峰很好的分離，同時(shí)具有良好的電催化活性，可以顯著提高三者的氧化峰電流，降低檢出限。

Ruan C等[24]先將石墨粉和二苯乙炔混合制得了分子線修飾碳糊電極，并以此為基底制備了石墨烯/殼聚糖復(fù)合物膜修飾電極，用于三磷酸腺苷的靈敏檢測。在該修飾電極上，三磷酸腺苷在1.369V出現(xiàn)一個(gè)不可逆的氧化峰。采用差分脈沖伏安法，測得三磷酸腺苷的氧化峰電流與其濃度在1.0 nmol/L~700.0 μmol/L范圍內(nèi)成良好的線性關(guān)系，檢出限為0.342 nmol/L。該方法可以排除常見共存物質(zhì)，如尿酸、抗壞血酸和三磷酸鳥苷的干擾，并且已經(jīng)成功的應(yīng)用于注射液樣品的測定。

5 抗病毒類藥物

Domínguez C S H等[25]利用微分脈沖伏安法考察了金剛烷胺在不同電極上的電化學(xué)行為，結(jié)果表明在石墨烯復(fù)合物修飾電極上金剛烷胺的響應(yīng)最好，是受擴(kuò)散控制的還原過程，最低檢出限可達(dá)15 ng/mL，已經(jīng)用于生物體液中金剛烷胺的測定。

Zhao F等[26]制備了一種新型的基于L–半胱氨酸/氧化石墨烯–殼聚糖復(fù)合膜修飾電極上的伏安傳感器，用于苦參堿的測定。該傳感器穩(wěn)定性好、靈敏度高。目前已經(jīng)成功地用于苦參堿注射液的定量測定，結(jié)果令人滿意。

Zhang D等[27]提出了一種利用石墨烯修飾玻碳電極來測定黃芩素含量的方法。與裸電極相比，修飾電極對(duì)黃芩素具有更好的電催化活性，可以降低黃芩素的檢測限到6 nmol/L，為黃酮類藥物的檢測提供了有效的新方法。

6 維生素類藥物

Razmi H等[28]采用電化學(xué)還原氧化石墨烯的方式制備了石墨烯修飾的碳陶瓷電極。由于石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能使得修飾電極對(duì)維生素B6表現(xiàn)出了明顯的增敏作用，降低維生素B6的檢出限至0.3 μmol/L。該修飾電極用于實(shí)際藥物樣品的測定，結(jié)果令人滿意。

馬玲等[29]采用循環(huán)伏安法和示差脈沖伏安法研究了維生素B12在石墨烯修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為，并將該修飾電極成功的用于維生素B12注射液和片劑的測定。該方法用于尿樣中維生素B12的回收率測定，結(jié)果在98.2%~102%之間。

7 結(jié)語與展望

大量研究結(jié)果表明，石墨烯作為一種理想的新型電極修飾材料，在機(jī)械強(qiáng)度、生物兼容性、導(dǎo)電性以及電催化活性等方面均展現(xiàn)出了良好的性能，很大程度上提高了電分析化學(xué)的檢測靈敏度，在藥物分析中具有廣闊的應(yīng)用前景，為臨床合理用藥提供了科學(xué)指導(dǎo)，對(duì)藥物質(zhì)量進(jìn)行全面的檢驗(yàn)和控制，確保用藥安全具有重要意義。尤其是隨著各種微型電極的出現(xiàn)，為藥品的動(dòng)態(tài)分析提供了可能。但是在實(shí)際的藥物分析中，樣品成分往往過于復(fù)雜，如何提高石墨烯修飾電極的選擇性，仍然是化學(xué)工作者的一個(gè)努力方向。

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Application of Graphene Modified Electrodes in Pharmaceutical Analysis

1,2

（1. Department of Chemical Engineering, Yingkou Institute of Technology , Liaoning Yingkou 115014，China； 2. Criminal Police Detachment of Yingkou Public Security Bureau, Liaoning Yingkou 115000，China）

Recent research achievements of graphene modified electrodes at home and abroad were summarized, application of graphene modified electrodes in determination of antibacterial and anti-inflammatory drugs, antipyretic analgesics drugs, nervous system drugs, cardiovascular and cerebrovascular drugs, antiviral drugs and vitamins was discussed.

Graphene; Modified electrode; Pharmaceutical analysis; Review

O 657

A

1671-0460（2017）06-1200-04

2017-03-20

韓璐（1983-），女，遼寧省營口市人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，2009年畢業(yè)于山東大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)，研究方向：電分析化學(xué)。E-mail：174033726@qq.com。