張銀烽，華 梅，趙曉慧,楊麗君，馮亞娟,楊云慧*

(1.云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,云南昆明650500）

（2.云南警官學(xué)院，云南昆明650223）

0 引言

尿酸（UA）又名2,6,8-三羥基嘌呤,其結(jié)構(gòu)式見圖1，是人體內(nèi)尿雜環(huán)化合物最基礎(chǔ)的代謝產(chǎn)物，其中大部分由腎臟分離[1]。正常情況下，體內(nèi)的尿酸大約有1 200 mg，每天新生成約600 mg，同時(shí)排泄掉600 mg，處于平衡狀態(tài)。但如果體內(nèi)產(chǎn)生過多來不及排泄或者尿酸排泄機(jī)制退化，則體內(nèi)尿酸潴留過多，當(dāng)血液尿酸濃度大于7 mg/dL，是人體體液變酸，影響人體細(xì)胞的正常功能，長期置之不理將會(huì)引發(fā)痛風(fēng)，因此尿酸的含量異常往往是痛風(fēng)，高尿酸血癥等疾病的征兆[2～3]。

多巴胺（DA）又名 4-(2-乙胺基)苯-1,2-二酚，其結(jié)構(gòu)式見圖2，是一種神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)，用來幫助細(xì)胞傳送脈沖的化學(xué)物質(zhì)[4]。這種腦內(nèi)分泌主要負(fù)責(zé)大腦的情欲和感覺，將興奮及開心的信息傳遞，也與上癮有關(guān)。因此多巴胺含量的變化是帕金森綜合癥等疾病的征兆[5]。

圖1 尿酸的結(jié)構(gòu)式Fig.1 The structure of uric acid

圖2 多巴胺的結(jié)構(gòu)式Fig.2 The structure of dopamine

納米材料（nanomaterials）是納米科學(xué)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[6]。納米材料是指材料的幾何尺寸達(dá)到納米級(jí)尺度水平，并且具有特殊性能的材料。納米材料是納米科學(xué)領(lǐng)域富有活力，研究內(nèi)涵十分豐富的科學(xué)分支?！凹{米”是一個(gè)尺度的量度，廣義上說，納米材料是指在三維空間中至少一維處于納米尺度（1～100nm）范圍或由它們作為基本單元的材料。納米材料從根本上改變了材料的結(jié)構(gòu)，為材料的研究和應(yīng)用開拓了新途徑[7～9]。

金屬納米顆粒就是納米材料中的一員，具有良好的催化特性，吸附特性，光學(xué)特性，熱學(xué)特性等[10]。金屬納米顆粒尺寸小，單位體積中無論是高活性的粒子數(shù)或比表面積都很大，因此具有很高的化學(xué)催化活性。作為催化劑，顆粒越小則比表面愈大，催化效果愈好。金屬納米粒子催化劑具有無細(xì)孔、無雜質(zhì)成分、能自由選擇組分、使用條件溫和、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。合成金屬納米顆粒的方法有很多，例如水熱合成法，沉淀法，水解法，氧化還原法等[11]。

通常將具有原子厚度的二維碳材料，稱為石墨烯，其厚度一般小于1 nm。石墨烯之所以能引起科學(xué)家們巨大的研究熱情，首先是因?yàn)樗哂谐龀＠淼碾娮有再|(zhì)，如通常材料的電學(xué)性質(zhì)，由具有有限的有效質(zhì)量且遵從薛定鍔（Schrodinger）方程的非相對(duì)論電子描述。同時(shí)，石墨烯具有的場效應(yīng)特性、超高比表面特性、高強(qiáng)度特性（被認(rèn)為強(qiáng)度超過金剛石）、儲(chǔ)氫特性、催化特性、生物傳感特性以及越來越多正在被揭示的特性和被預(yù)測(cè)的潛在應(yīng)用正在吸引著全世界的科學(xué)家們。因此，石墨烯將在傳感器、高性能復(fù)合材料、催化劑、高性能電池、顯示器材料領(lǐng)域得到突破性的應(yīng)用進(jìn)展[12]。

該文采用了溶劑還原晶種外延生長的方法制備了Pt-Au二元金屬納米顆粒，并通過預(yù)處理的高分散的氧化石墨烯將其固定到電極表面制備成基于Pt-Au和石墨烯的電化學(xué)傳感器，并將此納米復(fù)合物修飾的電化學(xué)傳感器用于尿酸和多巴胺的同時(shí)檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器

尿酸（分析純）；多巴胺（分析純）；氯金酸（HAuCl4，＞99.9%）；氫氧化鈉（NaOH，分析純）；氯鉑酸 （H2PtCl6·6H2O，＞37.5%）；氧化石墨烯（0.5 mg/mL）；（實(shí)驗(yàn)室自制）聚乙烯吡咯烷酮K-30（分析純）；磷酸二氫鈉（NaH2PO4，分析純）；磷酸氫二鈉（Na2HPO4，分析純）；PBS 溶液(20 mmol/L,pH=7.0)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程用水均為二次蒸餾水。

CHI 660C電化學(xué)工作站 (上海辰華儀器公司)；TGL16型高速離心機(jī) (長沙潮智離心機(jī)儀器有限公司)；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；AL204型電子天平(特勒-托利多儀器上海公司)；SY1200T超聲儀 (上海聲源超聲儀器設(shè)備有限公司)；PHILIPS EM420 透射電鏡(Philips,Ltd.Holland)；三電極系統(tǒng)（Pt電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，修飾有Pt-Au/石墨烯的玻碳電極為工作電極）。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 Pt-Au金屬納米顆粒的合成

將 1.11g 聚乙烯吡咯烷酮 （PVP） 和 0.13 g H2PtCl6·6H2O溶于130mL甲醇和150mL二次去離子水的混合液中；逐滴加入20mL 0.1 mol/L的NaOH甲醇溶液后，70℃回流3 h；取出150mL備用（回流液1）。

向剩余的晶種液中加入5mL 0.025 4 mol/L的 HAuCl4·3H2O 溶液和 10mL 0.1 mol/L 的檸檬酸三鈉，70℃回流1 h（回流液2）。

將回流液2移至聚乙烯離心管中，在10℃的環(huán)境中16 000 r/min離心30 min，富集三次。依次用甲醇、去離子水清洗，之后分散于去離子水中4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 基于Pt-Au/氧化石墨烯電化學(xué)傳感器的制備

首先將玻碳電極(φ=3 mm)在金相砂紙上打磨，接著用Al2O3懸濁液將電極表面拋光成鏡面，再依次用體積比為1∶1的硝酸、丙酮以及二次蒸餾水超聲洗滌電極5 min，晾干備用。接下來，向干凈的離心管中分別加入10 μL 0.5 mg/mL氧化石墨烯和10 μL Pt-Au納米顆粒，并在混旋儀上混旋1 min使之分散均勻。再用移液槍取10 μL上述混合溶液，滴加在已處理好的空玻碳電極上，在室溫下晾干過夜，使用前先用二次蒸餾水輕微沖洗并用濾紙將余留水分吸干。

1.2.3 條件優(yōu)化

pH的優(yōu)化，取多個(gè)燒杯，其中裝有pH分別為 5.5,6.0,6.5,7.0,7.5,8.0 的 PBS 緩沖溶液，再往其中加入相同體積的尿酸和多巴胺使六個(gè)燒杯中的待測(cè)物濃度均相同，再進(jìn)行測(cè)定，最后確定最佳pH。

掃描速度的優(yōu)化，取10mL底液，往其中加入一定濃度的尿酸和多巴胺，將DPV掃描速度分別設(shè)定為100 mV,80 mV,60 mV,40 mV,20 mV，在其他條件相同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，確定最佳掃描速度。

電極重現(xiàn)性，在相同條件下平行測(cè)定相同濃度的五杯待測(cè)液，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行處理，計(jì)算重現(xiàn)性。

回收率測(cè)定，在最優(yōu)條件下，將100 μL離心處理過的血清稀釋到10mL緩沖溶液中，用加標(biāo)回收的方法同時(shí)測(cè)定尿酸和多巴胺的回收率。

1.2.4 尿酸和多巴胺的單獨(dú)測(cè)定

在潔凈的小燒杯中加入10mL pH為7.0的PBS溶液作為支持電解質(zhì)溶液。測(cè)定時(shí)，先將三電極用二次蒸餾水沖洗干凈再插入燒杯中連接好。采用示差脈沖伏安法（DPV）進(jìn)行測(cè)定，掃描范圍為-0.2 V～0.7 V，掃描速度為 100 mV/s。先測(cè)定空白底液，再往其中加入已配好的不同濃度的尿酸溶液（或多巴胺溶液），每次加入后攪拌10 s使待測(cè)液混合均勻，然后進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 固定尿酸（或多巴胺）濃度測(cè)定多巴胺（或尿酸）

在潔凈的小燒杯中加入10mL pH為7.0的PBS溶液作為支持電解質(zhì)溶液。測(cè)定時(shí)，先將三電極用二次蒸餾水沖洗干凈再插入燒杯中連接好。采用示差脈沖伏安法（DPV）進(jìn)行測(cè)定，掃描范圍為-0.2 V～0.7 V，掃描速度為 100 mV/s。先測(cè)定空白底液，將尿酸的初始濃度固定為100 μmol/L，在含有尿酸的底液中依次加入不同濃度的多巴胺溶液用于測(cè)定尿酸對(duì)多巴胺測(cè)定的影響。反之亦然，在底液中固定多巴胺使其初始濃度為50 μmol/L，再逐漸增加尿酸的濃度。

1.2.6 尿酸和多巴胺的同時(shí)測(cè)定

在潔凈的小燒杯中加入10mL pH為7.0的PBS溶液作為測(cè)試底液。測(cè)定時(shí)，先將三電極用二次蒸餾水沖洗干凈再插入燒杯中連接好。采用示差脈沖伏安法（DPV）進(jìn)行測(cè)定，掃描范圍為-0.2 V～0.7 V，掃描速度為 100 mV/s。先測(cè)定空白底液，再往底液中同時(shí)加入一定量不同濃度的尿酸溶液和多巴胺溶液，測(cè)定前進(jìn)行攪拌使溶液混合均勻，再進(jìn)行測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 pH對(duì)傳感器的影響

通過DPV考察了同時(shí)測(cè)定UA和DA時(shí)不同pH值對(duì)該化學(xué)傳感器的影響。如圖3和圖4，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)PBS緩沖溶液的pH不同時(shí)，電流響應(yīng)程度以及出峰位置也不同，隨著pH的增加相應(yīng)的響應(yīng)電流逐漸增加，在pH為7.0時(shí)相應(yīng)電流最大，之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。所以實(shí)驗(yàn)選擇濃度為20 mmol/L的PBS緩沖溶液(pH7.0)作為測(cè)試底液。

圖3 UA測(cè)定電流強(qiáng)度隨pH的變化Fig.3 Effect of pH on the determination of UA

圖4 DA測(cè)定電流強(qiáng)度隨pH的變化Fig.4 Effect of pH on the determination of DA

2.2 掃描速度對(duì)傳感器的影響

為了考察掃描速度對(duì)傳感器響應(yīng)的影響，在其它條件相同的情況下，分別取200 μmol/L的尿酸和多巴胺進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)定。掃速從低到高進(jìn)行測(cè)定， 分別為 20 mV/s、40 mV/s、60 mV/s、80 mV/s、100 mV/s。測(cè)試結(jié)果如圖5和圖6，對(duì)于尿酸掃描速度從低到高遞增，相應(yīng)的電流也是遞增，并且電流響應(yīng)與掃描速度成線性關(guān)系，線性系數(shù)達(dá)0.979。對(duì)于多巴胺，其電流響應(yīng)也是隨著掃描速度的遞增成線性遞增，線性系數(shù)為0.932。說明此電流受電極反應(yīng)控制。

圖5 測(cè)定UA時(shí)掃描速度對(duì)測(cè)定效果的影響Fig.5 Effect of scan rate on the determination of UA.

圖6 測(cè)定DA掃描速度對(duì)測(cè)定效果的影響Fig.6 Effect of scan rate on the determination of DA

2.3 尿酸和多巴胺的單獨(dú)測(cè)定

基于Pt-Au/石墨烯的電化學(xué)傳感器對(duì)于尿酸和多巴胺的單獨(dú)測(cè)定有著良好的響應(yīng)效果。對(duì)于尿酸的單獨(dú)測(cè)定，尿酸的濃度與電流強(qiáng)度成線性關(guān)系（見圖7），檢測(cè)下限為 1.996 μmol/L，線性范圍為 1.996 μmol/L～1 259.357 μmol/L，其線性方程為 I（10-6A）=0.005 3 c（μmol/L） +0.143 5，線性系數(shù)達(dá)0.994。對(duì)于多巴胺的單獨(dú)測(cè)定，其檢測(cè)下限為 0.999 μmol/L，線性范圍為0.999 μmol/L～1 259.357μmol/L， 多巴胺濃度的對(duì)數(shù)與電流強(qiáng)度成線性關(guān)系（見圖8），其線性方程為I（10-6A）=2.658 4lgc(μmol/L)-1.890 1,線性系數(shù)達(dá) 0.991。由此可見，該文制備的電化學(xué)傳感器在單獨(dú)測(cè)定尿酸和多巴胺時(shí)有著良好的響應(yīng)。

圖7 尿酸的校正曲線Fig.7 The calibration curve for the determination of UA

圖8 多巴胺的校正曲線Fig.8 The calibration curve for the determination of DA

2.4 固定DA濃度測(cè)定UA

為了驗(yàn)證UA和DA的相互影響，從而證明確實(shí)可以同時(shí)檢測(cè)，該文在DA起始濃度為50 μmol/L情況下對(duì)UA進(jìn)行了測(cè)定。如圖9所示，掃描 DPV時(shí)在 0.16 V和 0.47 V處分別出峰。0.16 V處為多巴胺的峰位，隨著UA的不斷加入體系體積增加使得DA濃度有一定降低，電流強(qiáng)度輕微降低。而在0.47 V左右則為UA的峰位，并且隨著UA濃度的增加電流強(qiáng)度逐漸增加。如圖10所示，在有一定濃度的DA存在下，該文研制的傳感器對(duì)于UA同樣有著良好的響應(yīng)，檢測(cè)范圍為 16.81 μmol/L～1 214.29 μmol/L，線性方程為 I(10-6A)=0.001 9c(μmol/L)+0.047 9，線性系數(shù)可達(dá) 0.991。

圖9 固定DA濃度測(cè)定UA的DPV圖Fig.9 The DPV response of for the determination of UA with the existence of DA

圖10 固定DA濃度測(cè)定UA的校正曲線Fig.10 The calibration curve of under the determination of UA with the existence of DA

2.5 固定UA濃度測(cè)定DA

為了驗(yàn)證UA和DA的相互影響，從而證明確實(shí)可以同時(shí)檢測(cè)，該文在UA起始濃度為100 μmol/L情況下對(duì)DA進(jìn)行了測(cè)定。如圖11所示，在掃描DPV時(shí)在 0.17 V左右，0.45 V處分別出峰。0.45 V處為尿酸的峰電位，隨著體系體積的增加UA濃度降低，峰電流有輕微變化。對(duì)于DA則在0.11 V～0.19 V范圍內(nèi)出峰，出峰位置受UA影響有輕微變化，但并不影響測(cè)定。如圖12所示，在100 μmol/L UA存在下，該文研制的傳感器對(duì)DA有著良好的響應(yīng)，線性范圍6.705 μmol/L～237.196 μmol/L，線性方程為 I(10-6A)=1.368 2 lg c(μmol/L)-1.385 7，線性系數(shù)為 0.975。

圖11 固定UA濃度測(cè)定DA的DPV圖Fig.11 The DPV response for the determination of DA with the existence of UA

圖12 固定DA濃度測(cè)定UA的校正曲線Fig.12 The calibration curve of under the determination of DA with the existence of UA

由上可知，該文研制的Pt-Au/氧化石墨烯電化學(xué)傳感器對(duì)于尿酸和多巴胺都有良好的感應(yīng)，并且二者同時(shí)存在時(shí)出峰電位相距在300 mV左右，二者均能單獨(dú)出峰且線性關(guān)系良好，這也是該傳感器對(duì)二者進(jìn)行同時(shí)測(cè)定的依據(jù)。

2.6 Pt-Au/氧化石墨烯傳感器對(duì)尿酸和多巴胺的同時(shí)測(cè)定

在pH為7.0的PBS緩沖溶液中，將Pt-Au/氧化石墨烯修飾的化學(xué)傳感器用于尿酸和多巴胺進(jìn)行同時(shí)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如下。如圖13所示,UA 在 0.404 V～0.492 V 范圍內(nèi)出峰，DA 在 0.108 V～0.136 V范圍內(nèi)出峰。二者的峰電位相差約為300 mV,出峰位置分開較大互不重疊，滿足對(duì)二者同時(shí)測(cè)定的要求。

圖13 同時(shí)測(cè)定UA和DA的DPV圖Fig.13 DPV response for simultaneous determination of UA and DA

對(duì)于尿酸 （UA），檢測(cè)范圍 17.417 μmol/L～931.746 μmol/L，線性方程為 I(10-6A)=0.002 8c(μmol/L)+0.022 5，相關(guān)系數(shù)為 0.996（見圖14)，對(duì)于多巴胺， 檢測(cè)范圍 7.386 μmol/L～260.141 μmol/L，線性方程 I(10-6A)=1.315 6 lg c(μmol/L)-1.057 2，相關(guān)系數(shù) 0.989（見圖15)。 由于同時(shí)測(cè)定時(shí)DA和UA的相對(duì)濃度的大小會(huì)相互干擾，因此，與尿酸和多巴胺的單獨(dú)測(cè)定相比，兩者同時(shí)檢測(cè)的線性范圍均有所變小，但線性系數(shù)較高，分離程度高，表明該傳感器對(duì)二者的同時(shí)測(cè)定有著良好的效果。

圖14 同時(shí)測(cè)定中UA的校正曲線Fig.14 The calibration curve of UA in simultaneous determination of UA and DA.

圖15 同時(shí)測(cè)定中DA的校正曲線Fig.15 The calibration curve of DA in DA in simultaneous determination of UA and DA

2.7 傳感器的重現(xiàn)性

將基于Pt-Au/氧化石墨烯用于對(duì)同一濃度的尿酸和多巴胺溶液在最優(yōu)條件下平行進(jìn)行5次測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.05%。結(jié)果表明，該傳感器對(duì)尿酸和多巴胺的同時(shí)測(cè)定具有很好的重現(xiàn)性。

2.8 回收率的測(cè)定

在最優(yōu)條件下，在稀釋的血清中對(duì)UA和DA的回收率進(jìn)行同時(shí)測(cè)定，結(jié)果列于表1，說明該傳感器具有很好的實(shí)用性。

表1 尿酸和多巴胺同時(shí)測(cè)定的回收率Tab.1 Recovery of simultaneous determination of UA and DA

3 小結(jié)

該文以溶劑還原晶體生長法合成了Pt-Au納米顆粒，并將其修飾到玻碳電極上制備成Pt-Au/氧化石墨烯電學(xué)傳感器。該傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)尿酸和多巴胺的同時(shí)檢測(cè)，制備簡單，檢測(cè)下限低，靈敏度高可達(dá)10-7mol/L,具有良好的重現(xiàn)性。將該電極用于實(shí)際樣品的測(cè)定，尿酸和多巴胺的回收率分別為99.79%和102.74%，可應(yīng)用于實(shí)際樣品的檢測(cè)。

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