周 旋，崔澤琳，白雪峰,**

（1.黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱150040；2.哈爾濱工程大學(xué) 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001）

關(guān)鍵字：多巴胺檢測；電極修飾材料；電化學(xué)傳感

前言

多巴胺是一種廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的兒茶酚胺神經(jīng)遞質(zhì)[1～3]，影響動物的各種動機與行為，低水平的多巴胺與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制有關(guān)，如帕金森病和精神分裂癥。由于多巴胺廣泛的生理和病理效應(yīng)，在生物系統(tǒng)中精密和準確測量多巴胺及其代謝物具有十分重要的臨床意義[4]。多巴胺檢測方法多種多樣，電化學(xué)檢測多巴胺因其對生物體損傷小、操作簡單、精確度高等優(yōu)點而在近年興起[5，6]，其中，電化學(xué)檢測中電極修飾材料的選用是電化學(xué)檢測效果好壞的決定因素。

1 非金屬修飾材料

非金屬傳感器種類繁多，在電化學(xué)領(lǐng)域中具有非常重要的作用[7～9]。例如：無機碳材料、復(fù)合材料等，它們都在多巴胺檢測中擁有良好的導(dǎo)電性和催化活性。

弓巧娟等[10]構(gòu)建了一種基于色氨酸和石墨烯復(fù)合材料靈敏檢測多巴胺的電化學(xué)傳感器。將石墨烯修飾在裸玻碳電極上，并通過電化學(xué)沉積的方法將色氨酸負載到電極表面的石墨烯中，得到Trp/GN/GCE,結(jié)果表明構(gòu)建的Trp/GN/GCE界面對多巴胺氧化反應(yīng)具有很好的電化學(xué)催化作用。以差分脈沖法記錄催化電流,多巴胺氧化峰的電流強度和多巴胺濃度有良好的線性關(guān)系，線性范圍為0.2～100μmol,檢出限為0.06μmol（S/N=3）。這種方法在大濃度抗壞血酸干擾下可以非常良好地檢測多巴胺,這種方法還可以用于檢測多巴胺注射劑中多巴胺含量。

李群等[11]通過設(shè)計和開發(fā)合適的反應(yīng)路線實現(xiàn)對不同維度的低維六方氮化硼（h-BN）材料的有效合成，探究了低維h-BN材料在電、光和吸附領(lǐng)域的應(yīng)用。其中因為片狀h-BN特別的二維結(jié)構(gòu),研究了這種結(jié)構(gòu)對抗壞血酸（AA）、多巴胺（DA）和尿酸（UA）的電化學(xué)檢測性能。結(jié)果表明,片狀六方氮化硼對AA、DA和UA表現(xiàn)出優(yōu)良的電催化活性和良好的選擇性,與其他電極修飾材料相比,片狀六方氮化硼材料具有較高的靈敏度、較大的檢測范圍和低的檢測限,可以很好地應(yīng)用多巴胺檢測的研究。

王玉華等[12]將離子液體（IL）1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽修飾在玻碳電極（GCE）表面,得到了一種新型的離子液體修飾的玻碳電極（IL-GCE）。并采用循環(huán)伏安法對IL-GCE進行了電化學(xué)檢測,結(jié)果顯示，這種修飾電極具有非常好的導(dǎo)電性能。同時，研究了多巴胺在IL/GCE上的電化學(xué)行為，另外采用示差脈沖法對DA在0.1～600.0μmol/L范圍內(nèi)進行檢測，數(shù)據(jù)處理得到檢測限為0.031μmol/L（S/N）。最后，將IL/GCE用于人體體液的檢測,顯示出良好的檢測效果。

許曉迪等[13]采用循環(huán)伏安法在HNO3溶液中對石墨柱電極進行處理,得到被石墨片層均勻包覆的石墨柱電極。采用電化學(xué)方法研究片層石墨柱電極對多巴胺（DA）的傳感性能。研究結(jié)果表明:在多巴胺濃度為5～400μmol/L范圍內(nèi)，片層石墨柱電極的氧化峰電流與濃度存在良好的線性關(guān)系,檢測靈敏度高達0.446μA/μmol·L-1。片層石墨柱電極顯示出了良好的抗干擾能力、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

Wu等[14]使用電吸附的方法，使用多環(huán)糊精-聚n-異丙基丙烯酰胺（CD-PNIPAM）聚合物膜修飾在玻碳電極（GCE）表面。同時研究了這種傳感器在pH值為5.0時磷酸鹽緩沖溶液中對多巴胺催化氧化的電化學(xué)過程。結(jié)果顯示，環(huán)糊精-聚異丙基丙烯酰胺聚合物膜修飾電極不僅顯著提高了DA的峰值電流響應(yīng)，并很好地降低了多巴胺的氧化過電位，而且在抗壞血酸存在下也對多巴胺有很好的檢測效果。在差示脈沖伏安法（DPV）電化學(xué)檢測中，DA的檢出限估計為3.34×10-8M，所制傳感器的靈敏度為564.2μA·mM-1，這種傳感器有良好的穩(wěn)定性、選擇性及抗干擾能力，在實際多巴胺樣品檢測領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。

非金屬納米復(fù)合材料大多具有大的比表面積、強的吸附性、高的催化活性和良好的生物相容性,用于生物分子的負載不僅可以提高生物分子的吸附量和穩(wěn)定性,還能非常好地保持生物分子的活性,從而使傳感器的性能得到提高。

2 單金屬修飾材料

金屬催化劑發(fā)展較為成熟，催化性能研究比較透徹，制備技術(shù)也很完善，對多巴胺電化學(xué)傳感的研究提供了堅實的基礎(chǔ)。

Nada F.Atta,Maher F.El-Kady[15]將鉑或鈀納米粒子分布在導(dǎo)電聚合物基體聚3-甲基噻吩（PMT）中，制備了一種有應(yīng)用前景的改性電極。采用循環(huán)伏安法和微分脈沖伏安法對所制備的薄膜進行了電化學(xué)檢測表征。將Pt修飾的電極和Pd修飾的電極進行比較，研究發(fā)現(xiàn)，Pd修飾電極的氧化電位更低，峰值電流更高。這表明，在Pd修飾電極上，HQ/BQ偶的氧化還原反應(yīng)在熱力學(xué)和動力學(xué)上都比其它電極更有利。此外，電流響應(yīng)的顯著增強和峰電位的下降表明Pd粒子作為促進劑增強了電化學(xué)反應(yīng)，大大加快了電子轉(zhuǎn)移的速率。最后還做了抗干擾能力檢測，在不同的pH值溶液中的出峰電位不同，另UA和AA對DA檢測影響甚小，這種修飾電極具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和催化活性，還能方便地用在實際多巴胺樣品檢測中。

高先娟等[16]基于羧基化石墨烯/半胱胺修飾金電極建立了檢測多巴胺的生物傳感器，利用自組裝技術(shù)將半胱胺修飾在金電極上,然后利用1-乙基-[3-二甲基氨基丙基]碳酰二亞胺鹽酸化物/N-羥基琥珀酰亞胺（EDC/NHS）交聯(lián)劑將羧基化石墨烯穩(wěn)定于修飾后的金電極上制成電化學(xué)傳感器。對所修飾的電極進行電化學(xué)表征，結(jié)果顯示,修飾的金電極顯著提高了電極的傳遞電子能力，使其具有很好的靈敏度。經(jīng)控制實驗變量得出,最佳檢測條件為利用pH值為6.00的0.30M磷酸鹽緩沖溶液配制多巴胺溶液,在最好的檢測條件下，制備的多巴胺電化學(xué)傳感器電流的大小隨著多巴胺濃度的增大而增大,在1.0×10-3～3.5×10-3mol·L-1范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。且所制備的傳感器具有良好的精密度和穩(wěn)定性,具有較好的抗干擾能力。研究結(jié)果表明該傳感器可以用于藥物鹽酸多巴胺注射液中多巴胺的檢測。

Ding等[17]首次制備了一種尖端修飾團簇狀金納米結(jié)構(gòu)（Au/GSNE）的玻璃密封金納米電極，用于老鼠體內(nèi)DA檢測。在含有0.1mol/L的HClO4和20 mmol/L的HAuCl4的溶液中，金納米粒子電化學(xué)沉積到玻璃密封的金納米微電極中。所制得的傳感器在多巴胺濃度為0.01～2.55mmol/L時呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，計算得到檢出限為5.2nmol/L（S/N=3）?？垢蓴_實驗中在含有生理濃度的尿酸、腎上腺素、去腎上腺素、3,4-二羥基苯乙酸和抗壞血酸的溶液里，對多巴胺具有良好的選擇性，此外體內(nèi)實驗中，將直徑約800nm的Nafion修飾電極植入富含多巴胺膜泡的左紋狀體，從實驗結(jié)果看，所制的傳感器對多巴胺具有很好地檢測性能。

Da-Seul Kim、Ee-Seul Kang等[18]制備了一種新的圓柱形金納米電極（CAuNE）感應(yīng)平臺，利用連續(xù)激光干涉光刻技術(shù)（LIL）和電化學(xué)沉積（ECD）的方法制備了均勻圓柱黃金納米微電極（CAuNE）平臺,實現(xiàn)穩(wěn)定多巴胺獨特的電化學(xué)信號并減少電化學(xué)信號的變化。使用勞氏鏡干涉儀,在氧化銦錫（ITO）表面上制備了三種不同直徑（500nm、700nm、900nm）的均相光刻膠（PR）。然后以均向光刻膠納米孔陣列為模板，采用電化學(xué)沉積的方法制備金納米管陣列。在多巴胺濃度范圍為1～100μM溶液中定量地加入類似于真正的人血漿成分濃度的葡萄糖（40g/L）,尿酸（44mM）和人類血清白蛋白（0.1g/L）,結(jié)果表明，CAuNE是一個良好的檢測多巴胺的高度敏感和選擇性的電化學(xué)檢測材料,即使是真正的人血漿樣品。

單金屬修飾材料使用的多為貴金屬，催化活性高，檢出限較低，但結(jié)構(gòu)比較單一。

3 雙金屬修飾材料

雙金屬因不同金屬的協(xié)同作用使催化性能得到改善，而且由于非貴金屬的價格低廉研究成本降低，在多巴胺檢測中具有很好的研究前景。

Zhou等[19]采用LBL法制備了一種基于P2W16V2和Au/Pd兩個功能組成部分的傳感復(fù)合膜，并通過CV和DPV對其電化學(xué)行為進行了研究。該復(fù)合材料薄膜通過降低氧化超電位和增加峰值電流表現(xiàn)出對AA和DA的良好催化活性，對AA和DA的檢測范圍在0.43～0.83μm，且重復(fù)300次循環(huán)伏安法檢測也沒有太大變化，具有很好的重現(xiàn)性，可用在實際多巴胺樣品的檢測。

Chen等[20]采用一鍋水熱法將硼原子嵌進多孔骨架石墨烯里。然后，將Au/Pd雜化納米棒（Au/Pd HNRs）負載到摻雜B的石墨烯（BG）中，形成Au/Pd HNRs/BG雜化納米復(fù)合材料，摻硼效應(yīng)引入高度分散的羧基基團和大量缺陷位點，不僅加大了Au/Pd雜化納米棒的負載量，還增加了石墨烯比表面積。結(jié)果顯示檢出限為4.58μM（S/N=3），能應(yīng)用于人體尿液的多巴胺檢測。

Jiao等[21]用Pd/Pt納米合金負載到含有多氧金屬酸鹽（PMo9V3）的多壁碳納米管（CNTs）并修飾到氧化銦錫（ITO）電極制備了一種新型的傳感器。制備的改性電極不僅顯著增強了對DA的峰值電流響應(yīng)，而且降低了DA氧化的過電位，消除了AA和UA的干擾。檢測濃度范圍：2.50×10-8～1.78×10-4M檢出限為1.25×10-8M。

張銀烽等[22]研究了一種基于Pt/Au納米合金負載于石墨烯的電化學(xué)傳感器，能很好地實現(xiàn)DA和AA還原峰的分離（ΔE=200mV）,所制得的傳感器能夠?qū)δ蛩岷投喟桶愤M行同時檢測，結(jié)果顯示尿酸和多巴胺的檢出限分別為1.996μmol/L和0.999μmol/L,線性范圍分別是17.417μmol/L～1259.357μmol/L和2.486μmol/L～260.141μmol/L。Au/Pt雙金屬傳感器制備過程簡單，且擁有良好的重現(xiàn)性。

Yang等[23]采用均勻沉積的方法制備了具有空心結(jié)構(gòu)的鈷鎳前驅(qū)體微球，因為鈷鎳雜化材料具有多種形態(tài)和其多種價態(tài)，該材料具有良好的電化學(xué)活性，這種方法簡單快速，不需要模板化合物的存在，也不需要高溫或者高壓條件。此外，該反應(yīng)僅使用尿素作為沉淀反應(yīng)物，其分解產(chǎn)物為水和氨，整個制備過程是綠色環(huán)保的。分析其結(jié)構(gòu)和成分，這種前驅(qū)體有微納米層狀結(jié)構(gòu)。對多巴胺濃度在10μM～0.5mM的溶液進行檢測，所得的檢出限為0.0082mM，該研究表明具有空心結(jié)構(gòu)的鈷鎳前驅(qū)體微球是良好的多巴胺電化學(xué)檢測修飾材料。

雙金屬修飾材料由于兩種金屬之間的協(xié)同作用，使得功能互補，對生物分子選擇性提高，同時也具有良好的催化活性，有很大的發(fā)展前景。

4 其他種類修飾材料

多種含有金屬的復(fù)合材料和金屬氧化物有很強的導(dǎo)電性和電催化活性，適用于多巴胺檢測領(lǐng)域。

方智利等[24]采用具有一維手性通道的手性金屬有機框架HMOF-Zn與乙炔黑共混復(fù)合作為修飾材料改性玻碳電極（HMOF-Zn@AB-Nafion-GCE）。并將復(fù)合后的電極對多巴胺（DA）和尿酸（UA）進行同時檢測。該傳感器表現(xiàn)出良好的選擇性較高的靈敏度。DA檢測范圍為0.15～2.5μmol/L，UA檢測范圍為0.2～4μmol/L，檢出限分別為0.003μmol/L和0.02μmol/L。另外成功實現(xiàn)了人體尿液中尿酸和多巴胺的檢測。

Elhag等[25]通過合成具有超薄形貌的Co3O4納米結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種化學(xué)修飾電極。通過調(diào)整溶液中十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的濃度，可以調(diào)整Co3O4納米結(jié)構(gòu)的形態(tài)。且由于SDBS定向劑特性使之具有超薄的形貌。塑化劑PVC聚合物和β-CD離子載體的結(jié)合讓該納米結(jié)構(gòu)獲得了對DA的選擇性。結(jié)果顯示，該傳感器對DA檢測范圍是10-9～10-2M，而人體內(nèi)的DA濃度是10-8～10-6M。

Zhong等[26]采用冷淬法研究了一種碗狀氧化石墨烯/Fe3O4復(fù)合材料，且有很大的比表面積。這種復(fù)合材料與多巴胺之間的相互作用可以通過空聚力和靜電相互作用增強，這是因為氧化石墨烯的芳香環(huán)（GO）和多巴胺官能團含有氫鍵。在25～200μМ濃度范圍內(nèi)檢測性能良好，多巴胺檢測下限（LOD）約0.023μМ。在抗壞血酸和尿酸存在的情況下，氧化石墨烯/Fe3O4復(fù)合物在多巴胺檢測中表現(xiàn)出極好的敏感性。氧化石墨烯/Fe3O4復(fù)合修飾的金印刷電路板電極（Au-PCB）多巴胺電極可以在實際應(yīng)用中實現(xiàn)檢測。

Shervedani等[27]采用電化學(xué)沉積的方法制作了一種RuOHCF/RuHCF薄膜修飾玻碳電極材料，具體方法是在含有1mm K3Fe（CN）6和1mm RuCl3的電解質(zhì)（0.5 M NaNO3+0.05 M HCl）水溶液中，通過100mV/s在0.5和+1.3 V的極值之間進行電勢循環(huán)，完成RuOHCF/RuHCF薄膜的沉積。所得的電極材料在兩種不同的多巴胺濃度范圍（5.0×10-7×10-5mol/L，25.0×10-5～5.50×10-4moL）內(nèi)檢測，表現(xiàn)出良好的檢測活性，檢出限為1.95×10-7mol/L（S/N=3）。在人體血漿和注射藥物中多巴胺濃度的檢測中也具有良好效果。

5 結(jié)語

電化學(xué)傳感器的修飾材料非常多樣，催化性能良好，在實際樣品中的檢測也有良好的效果。近年來，多巴胺電化學(xué)傳感方面的研究也不斷發(fā)展，各種不同的修飾材料對多巴胺也都有很好的催化活性和選擇性，隨著電極修飾材料的研究增多，電化學(xué)傳感也將更多地應(yīng)用于實際生活中多巴胺的檢測。