文摘

在目前的研究中,一个高度选择性和敏感检测多巴胺的电化学传感平台开发与措纳米粒子嵌入在n型碳纳米结构((电子邮件保护))。成功制造纳米结构在标准仪器技术的特征。捏造的(电子邮件保护)纳米结构被用于多巴胺的电化学传感器的发展。多巴胺在电极表面的反应机理是一个三电子three-proton过程。提出了传感器的性能优于几个最近报道的调查。在优化条件下,检测多巴胺的线性方程微分脉冲伏安法我_{巴勒斯坦权力机构}(μ)= 0.07701c(μ米)−0.1232 (R²= 0.996),线性范围为5 - 75μm .检测的极限(LOD)和灵敏度计算为0.868μM和421.1μ一个/μM,分别。传感器制备简单,成本低,灵敏度高,稳定性好,和良好的重现性。

1。介绍

多巴胺(DA)是一种常见的激素的家庭儿茶酚乙胺是一种神经递质。它影响肾、神经和心血管系统以及哺乳动物内分泌系统(1]。DA控制特定的生理条件下,如运动,学习、记忆、行为、情绪、认知和精神(2,3]。DA刺激心脏和血流量增加。当多巴胺(DA)含量很低,人们失去控制肌肉的能力,继续颤抖。在严重的情况下,这导致帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、精神分裂症、和其他症状(2,4]。神经障碍、抑郁症、自闭症、先天性心脏病、高血压、支气管哮喘和感染性休克治疗临床使用DA (5]。由于这样的重要用途和DA在人体的功能,有必要检测DA浓度非常准确。检测的各种方法中,电化学传感是一个熟练的方法检测生物分子在非常低的探测范围与灵敏度高,选择性好6,7]。纳米电化学检测中起着重要的作用和广泛应用于电极制造化学传感器,可以检测8- - - - - -11]。除了电化学传感应用,纳米材料广泛应用在各种应用程序中,如传热、光催化制氢、太阳能电池、生物医学设备和治疗(12- - - - - -20.]。各种电催化剂有效执行电气传感器和贡献几十年以来,这种技术(21,22]。

在催化分析生物分子小,在一定程度上提高灵敏度和检出限是降低的。但是,昂贵的贵金属价格限制了这些研究成果的进一步推广。降低成本和获得目标快速有效地降低催化性能是当前面临的问题分析人士之一。相比,贵金属(如Pt和非盟),铜是首选的,因为它的优势如弹性大,韧性好,耐磨性高,合理的价格,良好的导电性。在此基础上,措碳纳米颗粒被嵌入到nitrogen-doped矩阵,并作为一个新的纳米复合材料(电子邮件保护)合成了。先前的研究发现,吸附的污染物在催化剂表面的促进效果。表面吸附的doped-carbon材料可以帮助和提高电荷转移过程。此外,nitrogen-doped碳材料可以参与高导电率和提高电子传递,导致电位电极材料电化学传感应用程序(23,24]。因此,生产(电子邮件保护)纳米复合材料,结合了高导电性的好处n型碳和不同寻常的特性措,可以显著提高电化学传感性能(24]。

当措纳米颗粒分散到n型碳矩阵,它们表现出更高的催化活性,由于两者之间的协同作用。这种材料用于修改玻璃碳电极和DA含量用微分脉冲伏安法。

2。实验

2.1。试剂

三水合硝酸铜(铜(没有₃)₂.3H₂O)(99.5%)、浓硫酸(H₂所以₄)(98.5%)和氢氧化钠(氢氧化钠)(99%)从西格玛奥德里奇,购买美国。其他试剂如多巴胺(DA)(99.5%),抗坏血酸(AA)(99%)、尿酸(UA)(99.5%)、食盐(氯化钠)(98.5%)、尿素、戊二醛和化学试剂购自国药控股有限公司,中国。

2.2。准备国防委员会和(电子邮件保护)

方法被用来制作样品与某些修改报告在文献[23,25]。高分子金属络合物是用于制作纳米复合材料。1.20 g尿素和4.00毫升戊二醛在基础培养基pH值(8 - 9)被用来使高分子金属络合物。1.87 g硝酸铜(II)添加到聚合物基质和加热60°C 6小时得到聚合物铜(II)复杂。采用水热法制造hydrochar,高压釜充满了100毫升3.00通用聚合物铜(II)复杂,和20毫升蒸馏水补充道,妥善密封,和高压蒸汽加热到250°C 24小时。之后,高压蒸汽冷却,结果hydrochar过滤、洗涤、干燥之前被用于进一步的热处理生产石墨碳矩阵。合成hydrochar被加热到800°C 5°C /分钟的速度下氩流量和温度1小时举行。在使用之前,(电子邮件保护)真空干燥24小时。NDC是没有铜(II)源使用类似的方法(23,25]。

2.3。描述

粉末x射线衍射(XRD)模式的as-synthesized纳米复合材料粉末记录使用Rigaku天涯IV衍射仪(铜K辐射)。傅立叶变换红外光谱被记录在传输方式在一个力量张量光谱仪使用KBr丸,扫描范围400 - 4000厘米⁻¹。拉曼光谱被记录在阿拉米斯LabRam光谱仪。Brunauer-Emmett-Teller(打赌)技术(N)₂吸附等温线在77.35 K;的Quantachrome Autosorb-1-MP分析仪是利用测量孔径特征和比表面积的纳米复合材料。场发射扫描电子显微镜是用来研究制造的形状和结构材料(FESEM JEOL,地产- 7600 f)。样本成像和研究使用透射电子显微镜(TEM / HRTEM, JEOL jem - 2100 - f)操作在120千伏。x射线光电子能谱(XPS)进行了实验的帮助下ESCALAB250设备配备一个K x射线源。

2.4。制造的(电子邮件保护)电极

循环伏安(CV)、微分脉冲伏安法(第一项)和电化学阻抗谱(EIS)进行了室温下利用CHI660C电化学工作站配备三电极设置。玻碳电极(GCE)有3毫米直径是由抛光铝浆和乙醇和蒸馏水冲洗掉在室温下干燥。此后,10μL的纳米复合悬架用乙醇电解质溶液(0.5毫克/毫升)下降在全球教育运动的表面和在室温下干燥。

循环伏安法分析了几家扫描率从10到200 mV / s之间0.0和0.1 + 0.8 V使用M氢氧化钠溶液为背景电解质。个人简历测试执行通过添加0.1毫升的新生产DA分析物的水溶液10毫升的0.1 M氢氧化钠媒介。EIS测量进行了方案5更易/ L (Fe (CN) 6)⁴⁻/ (Fe (CN) 6]³⁻在0.1 mol / L氯化钾的偏见可能使用一个交流电压0.55 V和5 mV幅度在0.1赫兹的频率范围1 MHz。在低浓度,干扰的物种如抗坏血酸、葡萄糖、尿酸,谷氨酸,氯化钠也被调查。

3所示。结果与讨论

图1(一)显示了XRD的国防委员会和模式(电子邮件保护)。在25.6度两个衍射峰θ是分配给石墨的(002)晶面。的(电子邮件保护)由水热方法显示了衍射峰两个θ值的35.5,38.6,48.7,53.2,58.1,61.3,66.1,68,72.2,和75.0对应(−111),(111),(202−),(020),(202),(113−),(−311),(220),(311)和(222−)晶体的飞机,分别(JCPDS第41 - 0254)[26]。这些特色山峰获得指定两个θ值表明成功的形成(电子邮件保护)纳米结构。水晶大小使用谢乐公式计算得到∼21.5 nm最高峰。NDC和红外光谱谱(电子邮件保护)如图1 (b)。乐队出现在626厘米⁻¹和434厘米⁻¹归因于Cu-O官能团的振动(27]。地的伸展振动官能团建议∼3400厘米⁻¹这是出现的宽带频谱NDC和(电子邮件保护)。强大的乐队出现在1625厘米⁻¹是由于重叠的弯曲振动的C = O - h和伸展振动酰胺乐队(27]。乐队出现在国防委员会在1594厘米⁻¹消失或转移到1625厘米吗⁻¹在纳米复合材料由于热处理decompose-NHCO集团(27]。出现在1424厘米的乐队⁻¹和1147厘米⁻¹建议的变形振动C = N和碳氮键,分别标明成功合成的氮掺杂碳矩阵(27]。乐队的轻微变化(电子邮件保护)纳米复合材料证实成功装饰措在国防委员会。

评估结构的纳米复合材料,纳米复合材料的有效测量采用拉曼光谱的形式和结果呈现在图1 (c)。两个强烈的峰出现,这归因于D和G分别乐队。的D乐队出现在1350厘米⁻¹和G乐队出现在1594厘米⁻¹sp对应²保税标明无序石墨碳原子结构和sp³碳原子,分别28]。有总3模式(一个 ^{+ 2}B )措拉曼活性的纳米颗粒(29日- - - - - -32]。另一个强峰观察到284厘米⁻¹是一个₁ 拉曼活性光频声子一个 单斜的模式(C₂措NPs / c)。其他重要的峰出现在332厘米⁻¹和614厘米⁻¹这被称为B₁ 和B₂ 模式,分别为(33]。孔隙度、表面积和其他属性(电子邮件保护)纳米复合材料是通过N₂等温吸附线在77 K呈现在图1 (d)。等温线的特征样本被发现后介孔样品。Brunauer-Emmett-Teller表面积计算得到纳米复合材料和SBET = 140.32 m²/ g。高表面积可以归因于CuO-decorated NDC的密集网络矩阵。此外,的总孔隙体积(电子邮件保护)数控是0.424厘米³/ g。大的表面积、孔隙体积和分层孔隙结构非常有利于活动网站的曝光和快速运输气体分子催化网站(34,35]。

图2(一个)代表的扫描电镜图像(电子邮件保护)州的形态和表面拓扑结构的纳米复合材料。措的图像显示纳米粒子嵌入到nitrogen-doped碳矩阵。碳的网络矩阵是如此的密集,装饰和措纳米粒子均匀nitrogen-doped碳纳米结构,这表明成功的形成(电子邮件保护)。TEM图像如图所示2 (b),这表明,黑暗的图片spherical-shaped措纳米粒子嵌入nitrogen-doped碳网络。措大小的纳米粒子被发现∼15海里。介绍了(图2 (c))显示了措的晶格间距,它被发现是0.25海里,这是相应的(002)晶面措(26]。

XPS分析呈现在图3调查并显示扫描,C, N, O和铜元素。山峰的C、N、O和铜得到284.8∼eV, 400.06 eV, 531.5 eV,和934.6 eV,分别呈现在图3(一个),这表明成功的装饰(电子邮件保护)。此外,反褶积的C 1 s, N 1 s、O 1 s,铜2 p光谱进行理解的atom绑定状态(电子邮件保护)纳米复合材料。C 1 s中存在的四个组成部分(电子邮件保护),对应于graphite-like sp²C - C 284.7 eV, 285.7 eV, 287.2 eV,和289.07 eV,呈现在图3 (b)。同样,图3 (c)代表了N 1 s的三个组件,可以发现存在为399.5,400.5和402.07 ascribed-NH₂/吡啶、pyrrolic N /或石墨和pyridine-N-oxide [36]。2 p山峰的反褶积铜可以做到934.6 eV,铜2 p_3/2和铜2 p_1/2954.4电动汽车,而他们的卫星峰可以观察到943.4 eV和962.4 eV,如图3 (d)。O 1 s的高分辨率频谱图中可以看到3 (e)三个高峰集中在529.4 eV, 531.2 eV,和532.7 eV被分配到O 1 s频段,分别。

3.1。电化学传感性能

多巴胺(DA)传感性能进行了不同修饰电极,如图4(一)。循环伏安法(CV) (10μM DA)的结果显示,在玻碳电极(GCE)的情况下,很小的氧化还原峰出现,而在纳米复合材料的情况下,这些峰的强度增加(电子邮件保护)氧化还原峰显示更高的电流密度。DA的传感进行了在不同的扫描率的特点,在25 - 200 mV / s。注意到,随着扫描率的增加,氧化还原峰电流密度的线性增加。氧化还原峰电流与扫描速度的线性方程我_{巴勒斯坦权力机构}= 0.00908+ 0.6259 (R²= 0.9679)和我_个人电脑=−0.0176−0.8764 (R²= 0.9633)。研究结果表明,氧化还原峰电流密度的增加线性随着扫描速度的增加(37,38]。扫描速率的对数的线性方程和氧化还原峰电位测定使用以下Laviron方程(39)如图4 (f)。 在哪里E_{巴勒斯坦权力机构}和E_个人电脑代表氧化峰电位和还原峰潜力,分别扫描速率,电子转移系数的数量(n)是获得方程如下: 在哪里α电荷转移系数,n是电子转移的数量,T是开尔文温度(273.16 K),F是法拉第常数(96480 C /摩尔),然后呢R是摩尔气体常数(8.314 J /(摩尔/ K))。的情节的斜率E_{巴勒斯坦权力机构}对日志用于获取的价值n。的值n和α分别为3.17和0.0136,获得。这个值的n(∼3)意味着在氧化还原过程中三个电子转移(38]。

微分脉冲伏安法(第一项)也用于检测不同浓度的DA和第一响应结果见图4 (d)。实验数据对不同浓度的DA装有线性,用图表示4 (e)和扫描速率和潜在的自然对数图所示4 (f)。研究结果表明,随着DA浓度增加,氧化峰的电流密度也增加。它显示了良好的线性关系在5∼75μm .线性方程我_{巴勒斯坦权力机构}(μ)= 0.07701c(μ米)−0.1232 (R²= 0.996),检出限0.868被发现μM。

一个干扰实验检测中DA (25μ米)在葡萄糖的存在,进行抗坏血酸(AA),谷氨酸,氯化钠,尿酸(UA)(图5(一个))。结果显示,在谷氨酸(GA)、抗坏血酸(AA)和尿酸(UA),没有潜力和峰值电流密度的变化观察,建议制作电极,(电子邮件保护),具有良好的抗干扰能力,有望用于实际样品测量。虽然在实际样品检测DA仍然是具有挑战性的由于低范围的体液,此外DA发现许多干扰的物种如UA、AA和其他分析物。共存的其他分析物很难检测到,因此,准确、快速、高灵敏度和高选择性的传感器需要开发。

Fayemi et al。40]分析了电化学检测DA使用聚苯胺(PANI)金属氧化物(MO)的纳米复合材料(MO = NiO,氧化锌和铁₃O₄)。发现最好的灵敏度和检测极限约0.153×10⁻⁷M。由于最好的检测极限,建议这对实际样品测量传感器可以应用。在另一项研究中,Minta et al。41)提出了一个三元聚苯胺/ Fe₂O₃sno₂/降低石墨烯氧化物(PFSG)传感器探测的DA的其他干扰。提出的传感器提供了同时检测DA和UA和OD量为0.15μM和6.4μM,分别。作者建议检测DA的可能性存在的其他分析物由于良好的结果。由于附近的检测范围大,目前的研究还建议调查实际样品分析与修改传感器设计和其他参数。

的稳定性和重现性的测量(电子邮件保护)纳米复合材料在DA检测测量每5天,和每次进行平行实验。如图5 (b)结果表明,响应仍然∼96.6%后25天左右。这些结果表明,生产纳米复合材料具有良好的稳定由于措纳米粒子之间的协同效应和n型碳。

4所示。使用EIS分析Electrocatalytic响应

半圆直径在高频率可以用来计算电极表面的电子转换阻力,而尾线的斜率在低频率可以用来计算物种的半无限扩散修饰电极[42]。如图6这样的故事情节,NDC / GCE比CuO-NDC / GCE半圆直径较小,表明CuO-NDC / GCE电子转移电阻较低。此外,CuO-NDC / GCE低频的情节往往是垂直的轴比CuO-NDC / GCE高频,表明更高的离子扩散速度由于nitrogen-doped碳纳米结构表面具有良好的导电性。一个等效电路(插图)装有EIS数据(图6)。EIS数据是装有ZSimpWin 3.20 d程序和一个等效电路(插图)(图6)。个随机对照试验和Cdl代表电荷转移电阻和双层电容,分别和Zw电阻和电容电抗的矢量和,所示的电路。实验得到的阻抗值数据结合EIS数据拟合得到的等效电路。NDC相比,个随机对照试验拟合值(电子邮件保护)纳米复合材料减少。电荷转移电阻显著减少将NDC嵌入措纳米颗粒、纳米复合材料的小个随机对照试验证明的价值,这是远低于裸露的国防委员会。Cdl值往往趋势相反的方向作为个随机对照试验值(43,44]。高的电子转移效率由低个随机对照试验和高Cdl表示值,进一步支持这一假说。

5。结论

在这项研究中,新颖的纳米复合材料((电子邮件保护))的使用水热法和用于电化学检测哒。结果显示,DA浓度与峰电流有很好的线性关系,LOD和灵敏度是0.868μ米(S / N = 3)和421.1μ一个/μM,分别。抗干扰能力强、UA和AA不干扰测量的检测哒。发现电极稳定性好,检查修改后的电极储存几天后保留10到98.6%^th一天,甚至保持96%后25天。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现可按照客户要求定制。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

促进Sobahi:方法论/监督/资源/编辑。穆罕默德伊姆兰:管理/资源/数据/写初稿,调查原创作品。穆罕默德Ehtisham Khan:数据管理和概念化/验证。阿克巴穆罕默德:数据管理和概念化/验证。阿拉姆Md.Mottahir:编写草案初稿和调查/原创作品。太昊Yoon:资源/编辑。易卜拉欣Mustafa Mehedi:审查和编辑。默罕默德·a·侯赛因:审查和编辑。穆罕默德·j·Abdulaal:审查和编辑。艾哈迈德·阿西夫•a .黔东南州:审查和编辑。 All authors read and approved the manuscript.

确认

本研究工作是由机构基金项目批准号(ifprc - 049 - 135 - 2020)。因此,作者欣然承认的技术和财政支持教育部和阿卜杜拉国王大学,吉达,沙特阿拉伯。