不同尺寸球形納米金粒子修飾電極在高濃度抗壞血酸共存下選擇性測(cè)定多巴胺

王婷婷,楊莉莉,李 元，鮑昌昊,唐旻奕,程 寒*

(中南民族大學(xué)藥學(xué)院,湖北武漢 430074)

神經(jīng)遞質(zhì)是神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在機(jī)體的生理活動(dòng)方面發(fā)揮著重要作用。神經(jīng)遞質(zhì)濃度的改變常預(yù)示著多種疾病，如老年癡呆、帕金森癥等，因此，神經(jīng)遞質(zhì)濃度的定量檢測(cè)對(duì)于疾病的防控具有重要意義[1,2]。兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)包括去甲腎上腺素(NE)、腎上腺素(E)和多巴胺(DA)，是由腎上腺髓質(zhì)和一些交感神經(jīng)元嗜鉻細(xì)胞分泌的一類非常重要的神經(jīng)遞質(zhì)，其在組織液和體液中的水平與許多生理和疾病狀態(tài)密切相關(guān)[3]。兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)在人體的心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌腺、腎臟、平滑肌等組織系統(tǒng)的生理活動(dòng)中起著廣泛的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)還影響人體的代謝[4-6]。但這類神經(jīng)遞質(zhì)在生物體內(nèi)含量很低，故發(fā)展高靈敏度的檢測(cè)方法尤為重要。已報(bào)道的兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的檢測(cè)方法有比色分析法[7]、流動(dòng)注射分析法[8]、光度分析法[9,10]和色譜分析法[11,12]等。近年發(fā)展起來(lái)的電化學(xué)檢測(cè)法因其具有較高的檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度、方法簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在DA等兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用[13-15]。然而，在哺乳動(dòng)物組織中，DA通常與抗壞血酸(AA)共存，AA的平均濃度高于DA 100～1 000倍，且其氧化峰電位與DA接近，故對(duì)DA的電化學(xué)測(cè)定造成嚴(yán)重干擾[16,17]。近年來(lái)，已有文獻(xiàn)報(bào)道用電還原氧化石墨烯(ER-Go)負(fù)載核桃形鎳納米復(fù)合材料(ER-Go-Ni)修飾玻碳電極選擇性檢測(cè)DA的方法[18]；Sathisha等[19]也已經(jīng)使用改性碳糊電極實(shí)現(xiàn)了在AA存在下對(duì)DA的檢測(cè)。

碳纖維電極(CFME)具有空間分辨率高、組織損傷小等優(yōu)點(diǎn)，已被用作體內(nèi)神經(jīng)化學(xué)監(jiān)測(cè)的電化學(xué)檢測(cè)器，并且CFME可以在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞釋放的神經(jīng)遞質(zhì)，如DA、E和5-羥色胺和組胺等。此外，碳纖維微電極生產(chǎn)成本低，穩(wěn)定性好。因此，開(kāi)發(fā)更多基于CFME的電化學(xué)傳感器具有重要的研究意義。為提高碳纖維電極的靈敏度，電極表面應(yīng)避免被污染[20]，避免被檢測(cè)物質(zhì)的氧化產(chǎn)物或蛋白質(zhì)等污染導(dǎo)致電極的電化學(xué)性能下降。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，可以通過(guò)選擇合適的修飾材料對(duì)CFME進(jìn)行改性修飾，以提高靈敏度、選擇性及抗污染能力。現(xiàn)有的可用于修飾碳纖維電極的材料，包括Nafion[21]、4-磺基苯[22]、碳納米管[23]和光刻膠[24]等。在選擇電極修飾材料時(shí)，必須同時(shí)考慮修飾材料與待測(cè)物的相容性以及細(xì)胞毒性等因素。

在電化學(xué)檢測(cè)過(guò)程中使用納米材料來(lái)提高電催化活性的直接作用效果是使電極的比表面積增加，增強(qiáng)捕獲分子靶標(biāo)的能力以及加快電子轉(zhuǎn)移速率[25]。金屬納米粒子由于其獨(dú)特的光電和催化性能而備受關(guān)注，特別是具有惰性和弱吸附性能的納米金粒子(AuNPs)。AuNPs是微小的金顆粒，直徑通常為1～100 nm，具有高電子密度、介電性能和催化作用[26]。AuNPs具有多種不同的形態(tài)，如球狀體，立方體，納米棒，片狀三角形，雪花等[27]。球形AuNPs因其粒徑不同而具有不同的紫外吸收曲線和電化學(xué)催化性能[28]。AuNPs表面帶負(fù)電[29]并且與含有胺基和巰基的分子具有高親和力，它可以為生物分子和各種酶的表面固定提供平臺(tái)，因此AuNPs是一種良好的電極改性材料。AuNPs的制備方法已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，主要有化學(xué)還原法，相轉(zhuǎn)移法，氧化淀粉均相還原法等[30]。近年來(lái)已經(jīng)探索出一些不同尺寸的AuNPs的制備方法，大多是通過(guò)控制加入試劑的種類和用量來(lái)達(dá)到控制AuNPs尺寸的目的，但是在AuNPs的制備過(guò)程中，由于反應(yīng)過(guò)程受溫度、濕度、壓力及反應(yīng)試劑種類、用法用量等因素的影響較大，合成的AuNPs尺寸難以控制在合理誤差范圍內(nèi)，反應(yīng)條件往往要求比較苛刻，因此，尋找一種合成條件溫和、合成方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)物狀態(tài)穩(wěn)定、受環(huán)境等外界干擾小的AuNPs合成方法是十分有必要的。

本文自制粒徑不同的球形AuNPs，采用一步恒電位沉積法將AuNPs修飾在碳纖維微電極表面，通過(guò)優(yōu)化電沉積時(shí)間獲得穩(wěn)定性和電催化性能良好的修飾電極(AuNPs/CFME)。采用循環(huán)伏安法(CV)和差分脈沖法(DPV)比較不同粒徑的球形AuNPs修飾的碳纖維微電極對(duì)DA、NE、AA、K3[Fe(CN)6]的電化學(xué)響應(yīng)。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，AuNPs/CFME在高濃度AA存在下實(shí)現(xiàn)了DA的選擇性測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

XD-RFL實(shí)驗(yàn)室倒置顯微鏡(寧波舜宇儀器有限公司)；pHS-3C型pH計(jì)(上海儀器科學(xué)儀器股份有限公司)；CHI660D化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)；Tecnai G2 F20 S-Twin場(chǎng)發(fā)射透射電鏡(Fei,USA)；SU8010 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(Hitachi,Japan)；磁力攪拌器(上海司樂(lè)儀器有限公司)。

多巴胺(DA，Sigma)；去甲腎上腺素(NE，重慶迪康長(zhǎng)江制藥有限公司)；AuCl3·HCl·4H2O、抗壞血酸(AA)、K3[Fe(CN)6]、NaBH4、檸檬酸三鈉(分析純)、單寧酸、K2CO3，均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；碳粉導(dǎo)電膠(自制)；碳纖維(直徑5μm，吉林神舟碳纖維有限公司)；實(shí)驗(yàn)采用pH=7.0的Tris-HCl緩沖溶液。實(shí)驗(yàn)過(guò)程在室溫下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 修飾電極的制備

1.2.1 制備不同粒徑納米金溶膠將1 g AuCl3·HCl·4H2O溶于100 mL二次蒸餾水中制備1% HAuCl4溶液；檸檬酸三鈉溶于100 mL二次蒸餾水中制備1%檸檬酸三鈉溶液；K2CO3溶于100 mL二次蒸餾水中制備1%K2CO3溶液；單寧酸溶于100 mL二次蒸餾水中制備1%單寧酸溶液。按如下方法分別制備粒徑為5 nm、20 nm、50 nm的球形納米金溶膠：

5 nm AuNPs(±2 nm):室溫下依次將20 mL二次蒸餾水、0.560 mL 1%的檸檬酸三鈉溶液、0.3 mL 1%的單寧酸溶液和K2CO3溶液混合，攪拌直至溶液呈酒紅色不變色。

20 nm AuNPs(±2 nm):將50 mL 0.01%HAuCl4溶液邊攪拌邊加熱至沸騰，加入0.8 mL 1%檸檬酸三鈉溶液，得橙紅色納米金溶膠。

50 nm AuNPs(±2 nm)：將50 mL 0.01%HAuCl4溶液邊攪拌邊加熱至沸騰，再加入0.4 mL 1%檸檬酸三鈉溶液，得紫紅色納米金溶膠。

1.2.2 修飾電極的制備取適量的納米金溶膠，將Ag/AgCl參比電極和制備的碳纖維微電極置于金溶膠中，在1.5 V恒電位沉積[31]，AuNPs沉積在碳纖維電極的表面上，即在碳纖維微電極的表面上形成AuNPs修飾層，取出修飾電極并用水洗滌，得到修飾電極，記為AuNPs/CFME。

1.3 電化學(xué)測(cè)定

電化學(xué)檢測(cè)使用雙電極系統(tǒng)：AuNPs/CFME作為工作電極，Ag/AgCl電極作為參比電極。差分脈沖伏安法(DPV)實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：電位掃描范圍-0.3～0.3 V；幅度0.05 V；脈沖寬度0.05 s；脈沖時(shí)間0.2 s；靜置時(shí)間20 s。循環(huán)伏安法(CV)實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：電位掃描范圍-0.2～0.6 V;掃描速度0.1 V/s;采樣間隔0.01 V；靜置時(shí)間2 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米金的制備及表征

自制粒徑為5 nm(圖1(a)A),20 nm(圖1(a)B),50 nm(圖1(a)C)納米金溶膠，通過(guò)CV法比較了不同粒徑納米金修飾的碳纖維微電極的電化學(xué)性能，結(jié)果如圖1(c)所示，DA在AuNPs/CFME上的半峰電位值(E1/2)隨納米金顆粒尺寸的減小而負(fù)移，且氧化峰電流(Ipa)逐漸增加，圖1(d)所示AA在AuNPs/CFME上的半峰電位值(E1/2)隨納米金顆粒尺寸的減小而正移，且氧化電流(Ipa)逐漸減小。結(jié)果表明，納米金粒徑越小，其對(duì)DA的電催化效果越好，對(duì)AA的電屏蔽效果也越好，因此，本實(shí)驗(yàn)選擇粒徑為5 nm的納米金溶膠進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖1 不同粒徑納米金溶膠透射電鏡圖(a)、紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖(b)、修飾前后的碳纖維微電極在1.0×10-4 mol/L DA(c)和1.0×10-3 mol/L AA中的CV曲線(d)(納米金的尺寸分別為：A,5nm;B,20 nm;C,50 nm)Fig.1 TEM image (a),UV-Vis spectrum(b) of goldnanoparticles,CV curves of CFME and AuNPs/CFME modified with different size in 1.0×10-4 mol/L DA(c) and 1.0×10-3 mol/L AA(d)(The sizes of nano gold：A,5 nm;B,20 nm;C,50 nm)

針對(duì)不同尺寸AuNPs修飾電極，考察了電極表面的阻抗變化。在EIS中，[Fe(CN)6]3-用作氧化還原探針，半圓直徑等于電子轉(zhuǎn)移電阻Ret，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，EIS在裸CFME、AuNPs5 nm/CFME、AuNPs20 nm/CFME,AuNPs50 nm/CFME，頻率范圍0.05 Hz～100 kHz。裸CFME的Ret非常大，Ret值約為5.913e5Ω。對(duì)于AuNPs50 nm/CFME，Ret值約為10-3Ω。阻抗值的差異表明此時(shí)電極表面被一層AuNPs覆蓋且AuNPs降低了CFME的界面阻抗值。當(dāng)在電極上沉積粒徑更小的AuNPs時(shí)，得到更小的Ret，且電化學(xué)沉積5 nm AuNPs時(shí)Ret最小，該現(xiàn)象表明在電極表面電化學(xué)沉積的納米金尺寸越小，CFME表面電子轉(zhuǎn)移速率越快。這是由于AuNPs的表面效應(yīng)[32]及表面原子的空位效應(yīng)使得AuNPs具有高活性，且AuNPs尺寸越小，其表面原子占粒子中總原子數(shù)的比例越大，導(dǎo)致AuNPs表面能越高，具有更高的活性，更容易與外界的其他原子結(jié)合。除此之外，AuNPs尺寸越小，越有利于其在電極表面占據(jù)更多的結(jié)合位點(diǎn)，從而更好的捕獲DA分子。

圖2 CFME、AuNPs5 nm/CFME、AuNPs20 nm/CFME和AuNPs50 nm/CFME在含0.1 mol/L KCl的5.0 mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-中的電化學(xué)阻抗譜(EIS)Fig.2 EIS of CFME,AuNPs5 nm/CFME,AuNPs20 nm/CFME and AuNPs50 nm/CFME in 5.0 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4- containing 0.1 mol/L KCl

2.2 修飾電極電沉積時(shí)間優(yōu)化

通過(guò)調(diào)整恒電位沉積時(shí)間對(duì)AuNPs的負(fù)載量進(jìn)行控制，即在納米金溶膠中于+1.5 V恒電位下分別沉積0 min、15 min、30 min、45 min。結(jié)果如圖3所示(n=3)。隨著電沉積時(shí)間的增加，氧化峰值電流增加。當(dāng)電沉積時(shí)間達(dá)到30 min時(shí)，氧化峰電流最大，然后隨著電沉積時(shí)間的增加，氧化峰電流減小。圖3內(nèi)嵌圖所示，經(jīng)不同電沉積時(shí)間修飾得到的電極電化學(xué)性能均較穩(wěn)定，氧化峰電流相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.1%，且電鍍時(shí)間為30 min時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，為1.88%，表明電沉積時(shí)間為30 min時(shí)，AuNPs/CFME的穩(wěn)定性最好。因此，當(dāng)電沉積時(shí)間為30 min時(shí)，修飾電極的穩(wěn)定性及電催化性能最佳，本實(shí)驗(yàn)選擇30 min為最佳電沉積時(shí)間。

圖3 不同電沉積時(shí)間修飾的碳纖維微電極在1.0×10-5 mol/L DA中差分脈沖伏安掃描5次的氧化峰電流(電沉積時(shí)間從左至右分別為5 min、15 min、30 min、45 min)。內(nèi)嵌圖為5次檢測(cè)電流的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Fig.3 The oxidation peak current of DPV curves in 1.0×10-5 mol/L DA of AuNPs/CFME 5 times(depositing time:5 min，15 min，30 min，45 min).Inset is the relative standard deviation of 5 test

圖4為不同電沉積時(shí)間下AuNPs/CFME表面的掃描電鏡(SEM)圖，如圖所示，隨著電沉積時(shí)間的延長(zhǎng)，電極表面的AuNPs不斷增多，當(dāng)電沉積時(shí)間為30 min時(shí)，AuNPs在電極表面上的聚集程度較大，當(dāng)電沉積時(shí)間超過(guò)30 min時(shí)，AuNPs在電極表面進(jìn)一步聚集，大的團(tuán)聚顆粒從電極表面脫落，導(dǎo)致AuNPs/CFME的比表面積減小。如果電沉積時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，則電極表面的修飾層將繼續(xù)脫落，導(dǎo)致其電催化活性下降。

圖4 (A)碳纖維微電極的掃描電鏡(SEM)圖像;(B)AuNPs修飾5 min的碳纖維微電極;(C)AuNPs修飾30 min的碳纖維微電極;(D)AuNPs修飾45 min的碳纖維電極Fig.4 (A)SEM images of the unmodified carbon fiber microelectrode;(B)AuNPs modified carbon fiber microelectrode for 5 min;(C)AuNPs modified carbon fiber microelectrode for 30 min;(D)AuNPs modified carbon fiber microelectrode for 45 min

2.3 pH和掃速對(duì)氧化峰電流的影響

采用循環(huán)伏安法研究掃描速率(v)對(duì)DA氧化峰電流(Ip)的影響(圖5)，圖5內(nèi)嵌圖為DA氧化峰電流與掃速的線性關(guān)系圖。結(jié)果表明，掃描速度(v)在10～1 000 mV/s范圍內(nèi)，DA氧化峰電流(Ip)與掃速的平方根(v1/2)呈線性關(guān)系，線性回歸方程為：Ip(nA)=6+2.24×10-3v1/2((mV/s)1/2)，線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9888，表明DA在AuNPs/CFME上的氧化過(guò)程受擴(kuò)散控制?？紤]到掃描速度過(guò)快會(huì)使充電電流變大，從而導(dǎo)致基線噪音增加，因此本實(shí)驗(yàn)均在100 mV/s掃速下進(jìn)行。

圖5 AuNPs/CFME在1.0×10-4 mol/L DA溶液中于不同掃速下的CV圖(內(nèi)嵌圖A為不同掃速下DA氧化峰電流與掃速的線性關(guān)系曲線，內(nèi)嵌圖B為不同掃速下CV曲線放大圖)Fig.5 CV of 1.0×10-4 mol/L DA solution on the AuNPs/CFME in Tris-HCl(pH=7.0) with different scan rates.((A) A Linear relationship between redox peak currents and scan rate,(B) Enlarge view of the CV curve at different scanning speeds)

采用不同pH值的Tris-HCl配制1.0×10-4mol/L DA溶液，緩沖溶液的pH值依次為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0。在100 mV/s掃速下，AuNPs修飾電極于不同pH值的DA溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，循環(huán)伏安曲線(圖6A)及其氧化峰電流與pH值的線性關(guān)系(圖6B)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶液pH值在5.0～9.0范圍內(nèi)，DA氧化峰電位Ep與pH值呈線性關(guān)系，其線性回歸方程為：Ep(mV)=634.50-61.085pH(r2=0.96)，表明DA的電極反應(yīng)中有質(zhì)子參與，且DA的氧化峰電位Ep隨pH的增加而負(fù)移，說(shuō)明DA的氧化是脫質(zhì)子的過(guò)程，在高pH條件下氧化過(guò)程更容易進(jìn)行。其線性回歸方程與能斯特方程：Epa(mV)=E0-59.2(m/n)pH(25 ℃，E0為標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)，m為質(zhì)子轉(zhuǎn)移數(shù)，n為電子轉(zhuǎn)移數(shù))比較可以看出，線性方程的斜率為-61.085，接近Nernst方程的斜率-59.2，可知m/n=1，表明DA在該電極上的氧化還原反應(yīng)是一個(gè)等電子等質(zhì)子的準(zhǔn)可逆過(guò)程，與文獻(xiàn)報(bào)道[33]一致。pH值在7.0～9.0之間時(shí)，DA氧化峰電流增大，這是因?yàn)镈A在碳纖維電極上有良好的電化學(xué)活性，且DA的氧化為脫質(zhì)子過(guò)程，其初級(jí)電化學(xué)氧化反應(yīng)為兩個(gè)連續(xù)的單電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，最終氧化產(chǎn)物為醌式結(jié)構(gòu)，在弱堿性介質(zhì)中易發(fā)生脫質(zhì)子、環(huán)化等后繼反應(yīng)[34]，因此，在pH=9.0的緩沖體系中，電極對(duì)DA的電催化效果最好。為保持與生物血清樣品相同的pH環(huán)境，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均在pH=7.0下進(jìn)行。

圖6 AuNPs/CFME在不同pH值的1.0×10-4 mol/L DA溶液中的CV圖(A)及DA的氧化峰電位Ep與pH值的線性關(guān)系圖(B)Fig.6 CV of 1×10-4 mol/L DA in Tris-HCl buffer solution with different pH(A) and the relationship between oxidation peak current and pH(B)

2.4 修飾電極的電催化性能

將修飾前后的碳纖維微電極分別置于1.0×10-4mol/L DA、1.0×10-4mol/L NE、1.0×10-3mol/L AA和1.0×10-3mol/L K3[Fe(CN)6]溶液中進(jìn)行差分脈沖掃描，采用最佳電沉積時(shí)間對(duì)電極進(jìn)行修飾，設(shè)定掃描速度為0.1 V/s，掃描范圍從-0.2～+0.6 V，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。AuNPs修飾電極在DA(圖7A)、NE(圖7B)溶液中氧化峰電流明顯增大。如圖7A所示，AuNPs/CFME(Red curve)較CFME(Black curve)氧化還原峰電流明顯增加，且氧化峰負(fù)移，還原峰正移。紅色曲線中Epa=240 mV，Epc=20 mV，ΔEp=220 mV；黑色曲線中Epa=220 mV，Epc=20 mV，ΔEp=200 mV，表明DA在AuNPs/CFME上的電化學(xué)反應(yīng)可逆性增強(qiáng)，電子轉(zhuǎn)移速率增加，AuNPs對(duì)DA的氧化還原反應(yīng)具有顯著催化作用。圖7B所示NE與DA類似，AuNPs對(duì)NE的氧化還原反應(yīng)也具有明顯催化作用。在AA溶液中裸電極可以檢測(cè)到明顯的氧化峰電流，修飾后電極的氧化峰消失，如圖7C所示，AuNPs修飾電極在AA溶液中幾乎沒(méi)有電流響應(yīng)。裸電極對(duì)K3[Fe(CN)6]的電化學(xué)響應(yīng)很大，AuNPs修飾電極在K3[Fe(CN)6]溶液中的氧化峰電流顯著減小，如圖7D所示。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AuNPs修飾層可有效屏蔽荷負(fù)電的物質(zhì)AA和K3[Fe(CN)6]，同時(shí)對(duì)荷正電的物質(zhì)DA和NE有強(qiáng)烈的電催化作用。

圖7 修飾前后碳纖維微電極在不同神經(jīng)遞質(zhì)中的電流響應(yīng)。A.1.0×10-4 mol/L DA；B.1.0×10-4 mol/L NE；C.1.0×10-3 mol/L AA；D.1.0×10-3 mol/L K3[Fe(CN)6](紅色曲線為AuNPs/CFME，黑色曲線為CFME)Fig.7 Current response of carbon fiber microelectrode in different neurotransmitters before and after modification.A.1.0×10-4 mol/L dopamine;B.1.0×10-4 mol/L norepinephrine;C.1.0×10-3 mol/L ascorbic acid;D.1.0×10-3 mol/L potassium ferricyanide(The red curve is AuNPs/CFME and the black curve is CFME)

AuNPs/CFME產(chǎn)生上述電化學(xué)催化/屏蔽現(xiàn)象的原理如圖8所示，DA和NE結(jié)構(gòu)類似，都含有兩個(gè)酚羥基和一個(gè)氨基，在pH值為7.00體系中易質(zhì)子化帶正電，而納米金表面帶負(fù)電[35]，由于靜電吸引，DA和NE易富集在AuNPs/CFME表面，使AuNPs/CFME檢測(cè)到的氧化還原峰電流增大；而AA、K3[Fe(CN)6]在該緩沖體系中帶負(fù)電，AuNPs/CFME對(duì)其有靜電排斥作用，因此檢測(cè)到的氧化峰電流顯著減小甚至消失。該修飾電極對(duì)帶正電荷的兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)有顯著的電催化作用，且能有效屏蔽帶負(fù)電荷物質(zhì)的電化學(xué)響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)遞質(zhì)的高靈敏、選擇性測(cè)定。

圖8 AuNPs/CFME對(duì)不同荷電物質(zhì)的催化和屏蔽作用原理示意圖Fig.8 Schematic diagram of the catalytic and shielding effects ofAuNPs/CFME

2.5 AuNPs/CFME對(duì)不同荷電物質(zhì)共存下的選擇性測(cè)定

圖9為在1.0×10-3mol/L AA共存下，不同濃度DA的DPV曲線。內(nèi)嵌圖為氧化峰電流與DA濃度的校準(zhǔn)曲線，結(jié)果表明，DA濃度在0.1～10.0 μmol/L的濃度范圍內(nèi)，DA濃度與氧化峰電流成良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為：Ip(nA)=200c(μmol/L)+2×10-4，相關(guān)系數(shù)R2=0.9979，檢出限(S/N=3)為0.013 μmol/L，表明該方法對(duì)DA有明顯的電催化作用，對(duì)AA有明顯的靜電排斥作用，且該方法靈敏度高，檢出限低，線性范圍寬，適用于高濃度AA共存下DA的檢測(cè)。

圖9 1.0×10-3 mol/L AA共存下Tris-HCl緩沖溶液(pH=7.00)中不同濃度DA的差分脈沖伏安圖(內(nèi)嵌圖為該條件下DA氧化峰電流與濃度的線性關(guān)系)Fig.9 DPV of different concentration DA containing high concentration AA on AuNPs/CFME in pH=7.00 Tris-HCl(Inset is DPV graphs of a-g with different scan rates)a-g:1.0×10-5,5.0×10-6,2.0×10-6,1.0×10-6,5.0×10-7,2.0×10-7,1.0×10-7 mol/L DA.

比較本文AuNPs/CFME與其他電化學(xué)傳感器在高濃度AA共存下選擇性檢測(cè)DA的線性范圍，靈敏度和檢出限(表1)，可以看出，與大多數(shù)報(bào)道的檢測(cè)器相比，AuNPs/CFME具有更低的檢出限，且線性范圍與其他電化學(xué)檢測(cè)器相當(dāng)[36-45]。

表1 高濃度抗壞血酸共存下不同修飾電極測(cè)定多巴胺的性能比較Table 1 Comparison of different electrodes on determination of dopamine in the presence of high concentration ascorbic acid

2.6 血樣分析

采用AuNPs/CFME實(shí)現(xiàn)了血樣中高濃度AA共存下DA的定量檢測(cè)。將小鼠血清經(jīng)pH為7.2的Tris-HCl緩沖溶液稀釋10倍，加入濃度為10 mmol/L 的AA母液使其濃度達(dá)1 mmol/L。在高濃度AA共存的條件下，對(duì)血樣進(jìn)行DA加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，5次平行測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于5%，加標(biāo)回收率在95.6%～103.6%之間，表明該修飾電極能在高濃度AA共存下檢測(cè)血樣中DA的含量，且檢測(cè)靈敏度高，對(duì)AA的屏蔽效果好。適用于生物體系中微量神經(jīng)遞質(zhì)的選擇性測(cè)定。

表2 小鼠血清樣品中高濃度抗壞血酸存在下的多巴胺測(cè)定(n=5)Table 2 Determination of dopamine in the presence of high concertration asorbic acid in mouse serum samples(n=5)

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并制作了一種基于碳纖維微電極的簡(jiǎn)易電化學(xué)傳感器，用于在高濃度AA共存下選擇性檢測(cè)DA。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AuNPs/CFME對(duì)帶正電荷的DA具有明顯的電催化作用，同時(shí)，對(duì)帶負(fù)電荷的物質(zhì)具有顯著的屏蔽效果，且AuNPs的粒徑越小，其催化、屏蔽效果越好。在優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，AuNPs/CFME實(shí)現(xiàn)了在高濃度抗壞血酸共存下選擇性測(cè)定多巴胺，且小鼠血清樣品檢測(cè)結(jié)果令人滿意。該傳感器具有制備簡(jiǎn)便，靈敏度高，選擇性好，體積小等優(yōu)點(diǎn)，可用于生物微環(huán)境中DA的選擇性測(cè)定。