石墨烯-銅納米粒子修飾電極電化學(xué)檢測(cè)L-半胱氨酸

程原生，劉 敏，吳鎖柱

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，山西晉中 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西晉中 030801）

0 引言

L-半胱氨酸是生物體內(nèi)一種常見(jiàn)的氨基酸，可參與生物體內(nèi)許多重要的生化反應(yīng)，如參與谷胱甘肽的合成及細(xì)胞還原過(guò)程，具有抗氧化、抗衰老、解毒等功能[1]。L-半胱氨酸也可用于食品加工中，如在面包料中，可促進(jìn)其發(fā)酵、出模，防止老化；在天然果汁中，可防止VC氧化，避免果汁變褐色；在焙烤制品中，是面團(tuán)改良劑的必需成分，可促進(jìn)面筋形成等。因此，對(duì)L-半胱氨酸的測(cè)定具有十分重要的意義。

目前，檢測(cè)L-半胱氨酸常采用分光光度法[2]、高效液相色譜法[3-4]、熒光法[5]、酶法[6]等。但這些方法大都操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴、重復(fù)性差、選擇性低，不利于快速分析。與上述方法相比，電化學(xué)分析法具有成本低、靈敏度和準(zhǔn)確度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，所以，國(guó)內(nèi)外已建立多種對(duì)L-半胱氨酸含量測(cè)定的電化學(xué)方法[7-10]。

試驗(yàn)采用石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極建立一種電化學(xué)檢測(cè)L-半胱氨酸方法。首先對(duì)玻碳電極進(jìn)行預(yù)處理，然后在玻碳電極表面依次修飾石墨烯與銅納米粒子。利用循環(huán)伏安法及計(jì)時(shí)電流法對(duì)L-半胱氨酸進(jìn)行測(cè)定，考查了緩沖液pH值對(duì)試驗(yàn)測(cè)定的影響。在最優(yōu)pH值條件下，研究了該修飾電極對(duì)L-半胱氨酸的響應(yīng)性能。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

氧化石墨，選用南京先豐納米材料科技有限公司產(chǎn)品；L-半胱氨酸、蔗糖、硝酸鋁、酒石酸、葡萄糖、亞硝酸鈉、氯化鈣、抗壞血酸、氯化鎂、氯化鐵、氫氧化鈉、高氯酸鋰等試劑，選用上海晶純生化科技股份有限公司產(chǎn)品；試驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 石墨烯-銅納米粒子修飾電極的制作

首先，用粒徑為0.5 μm和0.05 μm的氧化鋁拋光濕粉對(duì)玻碳電極（直徑3 mm）預(yù)處理，之后在去離子水中超聲清洗3 min；接著，采用之前研究的電沉積法將石墨烯修飾在電極表面[11]；最后，將石墨烯修飾電極浸入0.05 mol/L硫酸銅和0.1 mol/L硫酸鈉混合溶液中沉積銅納米粒子，沉積電位為-1.0 V，沉積時(shí)間為120 s，即可制得石墨烯-銅納米粒子修飾電極。

1.3 L-半胱氨酸的測(cè)定

將石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極作工作電極、銀-氯化銀電極（3.0 mol/L氯化鉀）作參比電極、鉑絲為對(duì)電極，采用循環(huán)伏安法及計(jì)時(shí)電流法對(duì)L-半胱氨酸測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 L-半胱氨酸在石墨烯-銅納米粒子修飾電極上的電化學(xué)行為

0.1 mol/L L-半胱氨酸在裸玻碳電極上的循環(huán)電流見(jiàn)圖1，0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯修飾的玻碳電極上的循環(huán)電流見(jiàn)圖2，0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極上的循環(huán)電流見(jiàn)圖3。

圖1 0.1 mol/L L-半胱氨酸在裸玻碳電極上的循環(huán)電流

圖2 0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯修飾的玻碳電極上的循環(huán)電流

圖3 0.1 mol/L L-半胱氨酸在石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極上的循環(huán)電流

圖1 ～圖3分別為0.1 mol/L L-半胱氨酸（支持電解質(zhì)為0.1 mol/L磷酸緩沖溶液，pH值7.0） 在裸玻碳電極、石墨烯修飾的玻碳電極及石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極上的循環(huán)電流圖。由這些圖可知，與背景信號(hào)（虛線）相比，當(dāng)L-半胱氨酸存在時(shí)（實(shí)線），在3種電極上均可觀察到明顯的氧化峰。而且，隨著石墨烯、銅納米粒子的依次修飾，獲得L-半胱氨酸的氧化峰電流信號(hào)逐漸增大。這些結(jié)果表明石墨烯和銅納米粒子成功修飾在玻碳電極表面，且二者共同修飾對(duì)L-半胱氨酸的氧化存在協(xié)同作用。

2.2 緩沖液pH值的影響

采用循環(huán)伏安法研究了石墨烯-銅納米粒子修飾電極對(duì)0.001 mol/L L-半胱氨酸在不同pH值（4.0～10.0）的磷酸緩沖液的響應(yīng)，采集0.8 V處的峰電流值對(duì)緩沖液pH值作圖。

緩沖液pH值對(duì)0.001 mol/L L-半胱氨酸峰電流的影響見(jiàn)圖4。

圖4 緩沖液pH值對(duì)0.001 mol/LL-半胱氨酸峰電流的影響

由圖4可知，隨著緩沖液pH值從4.0升高至10.0，峰電流值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且在pH值7.4時(shí)達(dá)到最大。因此，后續(xù)選擇pH值7.4的磷酸緩沖液進(jìn)行L-半胱氨酸的測(cè)定。

lncRNA在肺癌、神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、消化系統(tǒng)腫瘤及其他腫瘤中調(diào)節(jié)自噬可以增強(qiáng)化療藥物敏感性、減少耐藥性；在心肌細(xì)胞及腦細(xì)胞缺血再灌注中，lncRNA通過(guò)調(diào)節(jié)自噬減少細(xì)胞凋亡；lncRNA的改變影響了神經(jīng)細(xì)胞的自噬過(guò)程，找到了治療神經(jīng)退行性疾病的新方法；在細(xì)菌的感染中，lncRNA調(diào)節(jié)自噬的過(guò)程可能成為根除病原體、抵抗炎癥反應(yīng)的重要途徑。另外，不僅局限在以上疾病中，還有研究提示，lncRNA通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬影響治療藥物的敏感性，如胰島素[31]。因此，在更多領(lǐng)域中進(jìn)一步研究lncRNA調(diào)控自噬過(guò)程仍有許多挑戰(zhàn)。

2.3 不同濃度L-半胱氨酸的檢測(cè)

用計(jì)時(shí)電流法研究了石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極對(duì)不同濃度的L-半胱氨酸的響應(yīng)（施加電位為0.8 V）。在攪拌狀態(tài)下，待背景信號(hào)穩(wěn)定后，將 0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0，100.0，200.0，500.0，1 000.0 μmol/L的 L- 半胱氨酸溶液依次加入背景溶液中（每隔30 s加1次，每種濃度填加5次），記錄電流信號(hào)隨時(shí)間的變化（圖5）。

L-半胱氨酸在石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極上的計(jì)時(shí)電流圖（插圖為50～1 000 s時(shí)的信號(hào)放大圖） 見(jiàn)圖5。

圖5 L-半胱氨酸在石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極上的計(jì)時(shí)電流圖（插圖為50～1 000 s時(shí)的信號(hào)放大圖）

由圖5可知，隨著L-半胱氨酸的不斷加入，電流值逐漸增大，響應(yīng)時(shí)間為4～5 s，且電流與濃度在 0～4 443.5 μmol/L及 5 443.5～27 443.5 μmol/L時(shí)分別呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系（相關(guān)系數(shù)分別為0.994 8，0.993 8），檢出限為2×10-8mol/L。

電流與L-半胱氨酸濃度的線性擬合圖見(jiàn)圖6。

圖6 電流與L-半胱氨酸濃度的線性擬合圖

2.4 重現(xiàn)性

對(duì)0.001 mol/L L-半胱氨酸平行測(cè)定7次，獲得的峰電流值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.73%，表明該方法的重現(xiàn)性良好。

2.5 選擇性

采用計(jì)時(shí)電流法考查了同濃度的蔗糖、葡萄糖、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、硝酸鋁、酒石酸、亞硝酸鈉、抗壞血酸對(duì)2×10-5mol/L L-半胱氨酸測(cè)定的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，除抗壞血酸外，同濃度的上述物質(zhì)對(duì)L-半胱氨酸的檢測(cè)影響可忽略不計(jì)，表明石墨烯-銅納米粒子修飾的玻碳電極對(duì)L-半胱氨酸的測(cè)定具有良好的選擇性。

3 結(jié)論

采用電沉積法依次將石墨烯和銅納米粒子修飾到玻碳電極表面，構(gòu)建了一種基于石墨烯-銅納米粒子修飾電極電化學(xué)檢測(cè)L-半胱氨酸的新方法。經(jīng)研究緩沖液pH值對(duì)L-半胱氨酸檢測(cè)的影響，獲得最佳pH值為7.4。進(jìn)一步采用計(jì)時(shí)電流法對(duì)不同濃度L-半胱氨酸進(jìn)行檢測(cè)，獲得該方法對(duì)L-半胱氨酸的檢測(cè)范圍為0～0.027 mol/L，檢出限為2×10-8mol/L，響應(yīng)時(shí)間為4～5 s。該方法具有檢測(cè)范圍寬、檢出限低、分析速度快、重現(xiàn)性好、選擇性高等優(yōu)點(diǎn)。

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