曹挺+萬楊杰+沈淵明+鄭威+李超+郭淼+章娟

摘 要：化學(xué)修飾實現(xiàn)可實現(xiàn)對電極的自主化設(shè)計，提高電極作為分析敏感元件的選擇性和靈敏度。實驗采用循環(huán)伏安法，研究多巴胺和過氧化氫在L-半胱氨酸修飾電極上的電化學(xué)行為，并對修飾電極的性能進行了檢測。結(jié)果顯示，L-半胱氨酸修飾電極對多巴胺具有良好的線性響應(yīng)，且微量過氧化氫加入會顯著增強多巴胺在電極表面的電化學(xué)響應(yīng)，此電極具有選擇性好、靈敏度高、穩(wěn)定性好、操作簡單等優(yōu)點，在實際應(yīng)用領(lǐng)域有很好的前景。

關(guān)鍵詞：化學(xué)修飾電極；循環(huán)伏安法；電化學(xué)行為；多巴胺；過氧化氫

引言

多巴胺（Dopamine，DA）作為一種神經(jīng)遞質(zhì)，它的功能是幫助細胞傳導(dǎo)神經(jīng)興奮，它是由腦內(nèi)分泌的[1]。多巴胺自身濃度的改變，會影響到垂體內(nèi)的分泌機能，并且多巴胺參與多項神經(jīng)活動，可影響一個人的神經(jīng)系統(tǒng)，與人體健康息息相關(guān)。多巴胺的含量變化將引發(fā)很多疾病，尤其是神經(jīng)系統(tǒng)方面的疾病[2-3]，比如：精神分裂癥、帕金森癥等疾病。

過氧化氫是一種重要的無機化工產(chǎn)品，在醫(yī)藥行業(yè)、食品衛(wèi)生等多個工業(yè)領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用。一旦人體食用過氧化氫可能會刺激胃腸粘膜導(dǎo)致胃腸道損傷及胃腸道疾病，也可能導(dǎo)致人體遺傳物質(zhì)DNA損傷及基因突變，與各種病變的發(fā)生關(guān)系密切，長期食用危險性巨大[4]。而且作為強氧化劑可能通過損耗體內(nèi)抗氧化物質(zhì)，使機體抗氧化能力低下，抵抗力下降，進一步導(dǎo)致各種疾病。因此對過氧化氫進行檢測是十分必要的。

本項目采用L-半胱氨酸修飾玻碳電極，并以鐵氰化鉀為電化學(xué)探針，通過循環(huán)伏安法對傳感器的電化學(xué)特征作表征，研究這種新型傳感器的電化學(xué)特征。以此來測定多巴胺和過氧化氫的含量[5]。比較此種傳感器對于兩種物質(zhì)的檢測效果。得到更簡單、更快速、更靈敏的電化學(xué)檢測方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

（1）儀器：CHI440A電化學(xué)工作站（上海辰華儀器公司），采用三電極系統(tǒng)：玻碳電極（工作電極）、飽和甘汞電極（參比電極）、鉑絲電極（對電極）。超聲波清洗器，磁力加熱攪拌器，電子分析天平。

（2）試劑：鹽酸多巴胺、L-半胱氨酸、30%過氧化氫、無水乙醇、氫氧化鈉、冰醋酸、磷酸、蒸餾水、Na2HPO4和KH2PO4。試劑均為分析純。

1.2 實驗過程

（1）修飾電極的制備：實驗采用三電極系統(tǒng)：玻碳電極作為工作電極，Ag/AgCl電極作為參比電極，鉑絲電極作為輔助電極。玻碳電極依次用0.1mol/L硫酸、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，分別清洗20分鐘。Ag/AgCl電極和鉑電極分別用無水乙醇、超純水進行超聲波清洗20min，干燥備用。以經(jīng)過預(yù)處理的玻碳電極為工作電極，鉑絲電極為輔助電極，Ag/AgCl電極為參比電極，放入配制好的0.01mol/L的L-半胱氨酸溶液中，在-0.6～2.4V之間，以110mV/s的掃速循環(huán)掃描20圈，然后從溶液張總?cè)〕觯枚嗡磸?fù)沖洗，即制得L-半胱氨酸修飾玻碳電極。

（2）實驗方法：將多巴胺和過氧化氫分為多個濃度梯度，用修飾電極進行循環(huán)伏安法掃描，先對掃描速度、底液pH、緩沖溶液等條件中選出最優(yōu)條件，再進行各個濃度梯度的掃描，表征出多巴胺和過氧化氫的線性范圍和檢出限，從而得出其各自的線性回歸方程，對其進行多次的重復(fù)測量，得出其相對標準差。最后測試干擾物質(zhì)的影響。

2 結(jié)果和討論

2.1 掃描速度對L-半胱氨酸修飾電極上峰電流、峰電位的影響

L-半胱氨酸修飾電極作為工作電極，分別以50、80、100、120、150mV/s的掃速，在1×10-3mol/L多巴胺溶液（pH=6.8）中，掃描電位為0.6～0.2V間，記錄不同掃描速度下的循環(huán)伏安圖，結(jié)果如圖1所示。

由圖可知，掃速不斷增大的過程中，峰電流隨之增強，將各個掃速的峰電流進行線性擬合，得到線性回歸方程為Ip=0.0119X+0.9894，R2=0.9450。

圖2為修飾電極在30mmol/L H2O2溶液中分別以4、16、36、64、100mV/s的掃速，掃描電位為350～50mV間，記錄不同掃速下的循環(huán)伏安圖曲線的提取結(jié)果?？梢钥闯鰭咚倥c氧化峰電流確實存在正相關(guān)，說明掃速對電極性能由明顯的影響。

2.2 pH對氧化峰電流影響

選取pH值為5、6、7、8四個梯度的PBS溶液為變量，分別用于多巴胺和過氧化氫的測量，多巴胺的循環(huán)伏安結(jié)果如圖3。

可知當pH為6時，峰電流最大，由此得出測量多巴胺溶液的PBS最適的pH為6。同樣的方法得出過氧化氫測量最適的pH為7。

2.3 不同緩沖液對實驗的影響

分別在兩種溶液中，測定了修飾電極分別在PBS緩沖體系和HAc-NaAc緩沖體系中的伏安曲線，多巴胺的測量結(jié)果如圖4。

結(jié)果表明，兩種物質(zhì)分別在兩種緩沖體系中均有電化學(xué)響應(yīng)，但是在PBS緩沖溶中，峰形明顯較好，峰電流更大，因為選擇PBS緩沖溶液作為緩沖體系。

2.4 物質(zhì)濃度與峰電流的關(guān)系

將多巴胺濃度分為多個濃度梯度，分別進行循環(huán)伏安測定，測試結(jié)果如圖5。

圖5 不同多巴胺濃度的循環(huán)伏安圖，a-d依次為濃度1×10-3mol/L、1×10-4mol/L、1×10-5mol/L、1×10-6mol/L的循環(huán)伏安曲線

可以得知，峰電流隨著濃度的增加而增大。將各個濃度的峰電流進行線性擬合，得出其線性回歸方程為Ip=0.0044X+0.2979，R2=0.9998，線性區(qū)間為1×10-5～1×10-3mol/L，檢出下限為2.247×10-4mol/L。

再對過氧化氫進行多濃度梯度的測量，將其分為5、10、15、20、25、30mmol/L六個濃度梯度進行測量，將得到的循環(huán)伏安曲線進行統(tǒng)計分析，得出其濃度與峰電流的線性回歸方程為Ip=0.1506X+1.4473，R2=0.8796，線性范圍為20～30mmol/L，檢出下限為5.54mmol/L。

從其兩種物質(zhì)最后的線性方程可以得知，L-半胱氨酸修飾電極對于多巴胺的氧化還原反應(yīng)具有良好的催化性，它的峰電流隨著濃度的變化幾乎完美得呈現(xiàn)線性關(guān)系，而L-半胱氨酸修飾電極對于過氧化氫的氧化還原反應(yīng)的催化性并不明顯。

2.5 電極穩(wěn)定性的測試

實驗中，將用于多巴胺和過氧化氫的修飾電極，在同樣條件下重復(fù)測定10次，得出其峰電流的標準偏差，計算得知測量多巴胺的標準偏差RSD為2.87%，測量過氧化氫的標準偏差為3.26%，由此數(shù)據(jù)可知，測量多次的峰電流變化很小，此電極具有良好的穩(wěn)定性。

2.6 測定混合物的循環(huán)伏安曲線

將兩種物質(zhì)進行混合，分別取其在線性范圍內(nèi)的濃度，在PBS中加入1×10-3mol/L的多巴胺以及20mmol/L的過氧化氫，循環(huán)伏安結(jié)果如圖6。

由圖可知，該比例的過氧化氫對多巴胺的檢測結(jié)果有較大影響，峰電流的數(shù)量級變高了，混合物的響應(yīng)比單純的多巴胺增強了，展望后續(xù)工作嘗試尋找二者的相關(guān)性來進行定量測試研究。

3 結(jié)果分析

本研究采用自組裝方法制備了L-半胱氨酸修飾玻碳電極，并分別對多巴胺和過氧化氫的電化學(xué)行為進行了研究。實驗結(jié)果表明，L-半胱氨酸修飾電極對多巴胺的氧化還原具有良好的催化性，對過氧化氫的氧化還原反應(yīng)具有一定的催化性，當將一定配比的過氧化氫加入到多巴胺中能夠增強響應(yīng)。實驗通過研究不同因素對實驗的影響，對修飾電極的性能進行了分析。

實驗結(jié)果顯示，多巴胺在pH=6的PBS緩沖體系中，過氧化氫在pH=7的PBS緩沖體系中，兩者在L-半胱氨酸修飾電極上發(fā)生較為完全的氧化還原反應(yīng)，這種反應(yīng)是吸附控制的可逆過程，其中掃描速率、pH、底液均會影響實驗結(jié)果。多巴胺濃度在1×10-5-1×10-3mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，計算得到其線性回歸方程為Ip=0.0044x+0.2979，R2=0.9998，檢測下限為2.247×10-4mol/L。過氧化氫濃度與峰電流的線性回歸方程為Ip=0.1506X+1.4473，R2=0.8796，線性范圍為20～30mmol/L，檢出下限為5.54mmol/L。最后研究得到在多巴胺中加入過氧化氫對其響應(yīng)有較大影響，后續(xù)工作嘗試尋找二者的相關(guān)性來進行定量測試研究。

參考文獻

[1]馬曾燕，李將淵，向偉.多巴胺在聚L-半胱氨酸/多壁碳納米管修飾電極上的電化學(xué)行為及其伏安測定[J].應(yīng)用化學(xué)，2009（2）：224-228.

[2]劉蓉，鐘桐生，雷存喜.多巴胺電化學(xué)傳感器的研究進展[J].化學(xué)傳感器，2011（3）：10-16.

[3]張慶云，李佳林，鄭培，等.大腦神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺檢測方法研究[J].醫(yī)學(xué)研究與教育，2014（1）：87-90.

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作者簡介：曹挺，男，本科，研究方向：生物醫(yī)學(xué)。