多巴胺電化學(xué)傳感器專利技術(shù)綜述

馬慧媛

摘? ?要：多巴胺（DA）是兒茶酚乙胺族中的一種激素，是哺乳動物和人類中樞神經(jīng)重要的信息傳遞物質(zhì)。建立簡單、快速、準(zhǔn)確檢測多巴胺方法是研究人員一直追求的目標(biāo)，電化學(xué)修飾電極檢測多巴胺是較為重要的方法之一，本文總結(jié)了近些年來多巴胺電化學(xué)傳感器的各類專利和研究進(jìn)展，并對專利研究技術(shù)以及專利申請的情況進(jìn)行總結(jié)分析。

關(guān)鍵詞：多巴胺? 傳感器? 專利分析

中圖分類號：S513? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0071-03

多巴胺（Dopamine，DA）的化學(xué)名稱為3， 4-二羥基-β-苯乙胺，可以作為擬腎上腺素藥，還廣泛用于治療神經(jīng)紊亂、先天性心血性及高血壓等疾病，還能夠治療抑郁癥[1]。因此，對其含量測定方法的研究無論是在臨床應(yīng)用方面還是在生理功能研究都具有重要的實(shí)際意義。

本文探究了多巴胺的測定中常見的化學(xué)修飾電極材料：聚合膜、Nafion 膜、碳納米材料和復(fù)合材料[2-4]，并重點(diǎn)分析了多巴胺電化學(xué)傳感器的主要申請人、電極修飾材料等分布信息，以及近年來技術(shù)發(fā)展趨勢。

1? 多巴胺電化學(xué)傳感器化學(xué)修飾電極分類

1.1 聚合膜

韓國AHAMMAD A等在KR20090045491A專利中使用硫堇作為單體，通過循環(huán)伏安法在電化學(xué)預(yù)處理的金或鉑電極的表面上合成硫堇聚合物，獲得導(dǎo)電聚合物電極，可同時檢測多巴胺，抗壞血酸和尿酸，對多巴胺的檢測限約1.8μM;南京工業(yè)大學(xué)的專利CN101576525A，在玻碳電極表面沉積聚沒食子酸薄膜，制得的電極既能選擇性地響應(yīng)DA，還可以排除AA對DA檢測的干擾;專利US2019004001A1在氧氣，氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的氣氛下，等離子體真空環(huán)境沉積電化學(xué)惰性聚合物，如聚乙烯，聚（四亞甲基琥珀酸酯），聚丙烯，聚乙烯吡咯烷酮，聚環(huán)氧乙烷等，拓展了聚合膜的使用材料。

1.2 Nafion膜

ATSUSHI TANAKA A在專利BR0301776A中通過摻雜催化劑銅的雙（2，2-二苯基）氯化物絡(luò)合物的改性Nafion膜，用于多巴胺檢測，傳感器響應(yīng)時間只有0.5s;首爾國立大學(xué)產(chǎn)業(yè)大學(xué)合作基金會在KR20180103653A公開了場效應(yīng)晶體管包括基板，在基板上以單向布置，在其上的功能層是選擇性地傳輸離子的高分子膜Nafion，與碳納米管相比，表面積較小;在CN105929000A中還公開一種Nafion功能化三維含氮石墨烯/MoS2糊電極的制備方法，并用于同時檢測神經(jīng)遞質(zhì)5?羥色胺和多巴胺，檢測限為0.05μmol/L。

1.3 碳納米材料

ALEXANDER S在WO2019008601A1中通過制備石墨烯基復(fù)合材料檢測多巴胺，包括通過使用乙酸鋅二水合物（（Zn（CH3COO）2·2H2O）和氯化錫（II）二水合物（SnCl2·2H2O）鹽的水熱處理制備鋅-錫（IV）氧化物（Zn-SnO2）納米結(jié)構(gòu)，將納米結(jié)構(gòu)，氨和水合肼添加到氧化石墨烯分散體中，復(fù)合材料對多巴胺檢測限可達(dá)到5mM;哈爾濱理工大學(xué)在CN108862251A中公開通過水合肼還原法制備出低成本、高產(chǎn)量的超細(xì)鎳粉，然后以該鎳粉為模板通過化學(xué)氣相沉積法制備出高質(zhì)量、比表面積大、生物相容性好的三維石墨烯材料;上海交通大學(xué)在CN110006966A中以碳材料作為有機(jī)電化學(xué)晶體管的多巴胺傳感器的柵電極，制備一種檢測多巴胺的非侵入式柔性傳感器及其制備方法。

1.4 復(fù)合材料

KIM J H在KR20130085737A中的工作電極為摻硼金剛石薄膜/聚苯胺/金納米顆粒電極，金屬納米粒子催化劑和納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料與導(dǎo)電聚合物在電化學(xué)傳感器的協(xié)同作用提高多巴胺的檢測效果，且不受抗壞血酸影響;西南大學(xué)在CN107238651A中使用沸石咪唑類骨架材料（ZIF?8）在玻碳電極表面構(gòu)建基于沸石咪唑類骨架材料的電化學(xué)傳感器，表面修飾全氟磺酸質(zhì)子膜溶液（Nafion），其抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高;長沙理工大學(xué)在CN110082416A中制備3D-PtCu/CNDs/GQDs/GCE復(fù)合膜修飾電極，可以對L-酪氨酸和多巴胺同時檢測等步驟，該修飾電極對L-Tyr和DA具有較好的可分辨的電化學(xué)響應(yīng)。

2? 多巴胺電化學(xué)傳感器領(lǐng)域?qū)＠暾埛治?/p>

2.1 專利申請趨勢

如圖1是2000—2018年多巴胺電化學(xué)傳感器領(lǐng)域申請趨勢歷年分布圖。從中可以看到，全球范圍內(nèi)的申請趨勢可粗略分為兩個階段，以2016 年為分水嶺，在此之前申請量逐漸增加，這與多巴胺的發(fā)展歷程密切相關(guān)，1910年英國科學(xué)家George首次在實(shí)驗(yàn)室合成了多巴胺，直到2000年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎獲得者Carlsson指出：多巴胺不只是甲狀腺素和去甲腎上腺素的前驅(qū)，還是腦內(nèi)信息傳遞者，才引起科研工作者的重視，直至2002年才出現(xiàn)關(guān)于其檢測的專利申請，隨著石墨烯等納米材料的研發(fā)，2008年專利申請量加速遞增，在2016年申請量達(dá)到最高點(diǎn)64件，之后逐年遞減，這是因?yàn)檫@幾年沒有發(fā)現(xiàn)新的材料或者方法，可以明顯提高多巴胺傳感器的性能。

根據(jù)圖2世界各國專利申請趨勢所示，中國不是第一個申請多巴胺電化學(xué)傳感器專利的國家還是申請量最大的國家，可見我國的技術(shù)敏感性很高，截至2018年，我國在多巴胺電化學(xué)傳感器領(lǐng)域累計(jì)申請量255件，超過排名第二的韓國232件，我國在檢測多巴胺的方向上有諸多研究與應(yīng)用，美國、世界產(chǎn)權(quán)組織、日本等國家緊隨其后，但是申請量與中國相比還有較大差距，韓國的申請量呈現(xiàn)跳躍式變化，申請趨勢并不穩(wěn)定，但是其專利技術(shù)領(lǐng)先于其他國家，其專利申請具有自主創(chuàng)新的材料和檢測方法，美國在2010年申請量達(dá)到頂峰，之后逐年遞減。

2.2 國內(nèi)專利申請人/發(fā)明人分析

根據(jù)圖3顯示的是國內(nèi)申請人按照申請量的排序圖，在全球范圍內(nèi)中國申請人的申請量名列前茅，據(jù)調(diào)查研究顯示，國外申請人主要的研究方向是新材料、檢測裝置結(jié)構(gòu)的研發(fā)和對傳感器材料的優(yōu)化改進(jìn)，從整體上提升傳感器在實(shí)際使用時的可靠性。而國內(nèi)申請人主要對傳感器的修飾材料和精度進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，大幅度的提升傳感器的靈敏度。國內(nèi)多巴胺電化學(xué)傳感器領(lǐng)域的申請量，排名前11位均是中國的重點(diǎn)大學(xué)，根據(jù)我國申請量的分析，其中申請人為高校的占84.1%，研究所占7.4%，企業(yè)僅占7.0%，個人申請占3.1%，申請量居前的以高校為主，高校申請人的專利申請常常與其研究課題、發(fā)表論文相關(guān)，排名前列的申請人沒有一家科研單位或者企業(yè)在列，缺乏具有規(guī)模的企業(yè)申請人，尚未形成以產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)的格局，這說明我國還停留在科研探索階段，將前端的研究成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變有一定困難，雖然專利申請數(shù)量大技術(shù)新，但是實(shí)際應(yīng)用技術(shù)還不成熟，需要長時間的探索與嘗試，這指明了未來的研發(fā)方向。

2.3 化學(xué)修飾材料分類

根據(jù)圖4使用材料占比圖可以看出，目前多巴胺電化學(xué)傳感器材料主要是聚合膜、Nafion膜、碳納米材料、氨基酸等其他材料，其中占比最大的是聚合膜，占到所有申請的45%，其次是碳納米材料占到全部的35%，上述兩種材料已占全部申請的80%，使用復(fù)合材料如金屬有機(jī)骨架、分子印跡方法等占比14%，Nafion膜僅有7%。

聚合膜材料在多巴胺電化學(xué)領(lǐng)域占比最大，研究時間最早，這是由于聚合物膜修飾電極具有三維空間結(jié)構(gòu)的特征，其電化學(xué)響應(yīng)信號大、活性基的濃度高，十分有利于電催化，電化學(xué)穩(wěn)定性較好，并且制備簡單、重現(xiàn)性好，使聚合物膜修飾電極在傳感器研究方面得到迅速發(fā)展。而碳納米材料主要分為石墨烯和碳納米管，分別占比22%和13%，碳納米管能促進(jìn)電子的傳遞，擁有較大的比表面積，可以作為優(yōu)良的修飾材料，石墨烯是單片層二維蜂巢狀晶體，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，但是碳納米材料有個缺點(diǎn)是易團(tuán)聚，現(xiàn)今多使用一些染料或金屬納米材料摻雜結(jié)合，可以提高復(fù)合材料的分散性，使其具有協(xié)同作用。氨基酸、Nafion膜因其操作簡單、快速，有較好的選擇性而倍受研究者關(guān)注。分子印跡技術(shù)的檢測靈敏度高，但是制備方法繁瑣，穩(wěn)定性不好有待改進(jìn)，金屬有機(jī)骨架材料是新興材料有待進(jìn)一步研究。

3? 結(jié)語

綜上所述，本文對多巴胺電化學(xué)傳感器領(lǐng)域涉及的材料和各自的發(fā)展歷程進(jìn)行了介紹，同時對該領(lǐng)域在國內(nèi)外的申請量、申請人/發(fā)明人、重點(diǎn)專利等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹?？梢钥闯觯擃I(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展主要依托于新的加工技術(shù)以及材料科學(xué)的發(fā)展，傳感器檢測精度、選擇性、響應(yīng)時間一直以來都是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。該領(lǐng)域的專利申請具有涉及面廣和研究方向多的特點(diǎn)，雖然專利技術(shù)已經(jīng)成熟，但是如何將其轉(zhuǎn)化可以實(shí)際應(yīng)用仍是亟待解決的問題，專利申請人應(yīng)重視技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的問題，提高產(chǎn)業(yè)化能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐藝桐.多巴胺電化學(xué)修飾電極的研究與應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（13）：173，187.

[2] 黃啟同，林小鳳，胡世榮，等.多巴胺檢測方法研究進(jìn)展[J].汕頭大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2018，33（1）：3-17，2.

[3] 郁惠珍，苗向陽，顧準(zhǔn)，等.多巴胺檢測新方法研究進(jìn)展[J].安徽化工，2017，43（6）：8-10.

[4] 陳丹，何婧琳，李丹，等.多巴胺電化學(xué)修飾電極的研究與應(yīng)用[J].化學(xué)傳感器，2016，36（1）：2-9.