同时测定尿酸、黄嘌呤使用聚(亚甲蓝)和电化学减少氧化石墨烯复合膜修饰电极

文摘

聚(亚甲蓝)和电化学减少氧化石墨烯复合膜修饰电极(PMB-ERGO / GCE)被electropolymerization成功制作,用于同时测定尿酸(UA)、黄嘌呤(Xa)。基于优秀的electrocatalytic PMB-ERGO活动/ GCE, UA的电化学行为和Xa循环伏安法研究了(CV)和方波伏安法(SWV)。两个阳极敏感的峰值为0.630 V (UA与Ag / AgCl)和1.006 V(与Ag / AgCl)为Xa的简历在pH值3.0磷酸盐缓冲剂。UA和Xa得到的校正曲线8.00×10的范围⁻⁸~ 4.00×10⁻⁴M和1.00×10⁻⁷~ 4.00×10⁻⁴由SWV M,分别。UA和Xa的检测极限M和M,分别。最后,该方法应用于同时确定UA和Xa在人类尿液有良好的选择性和灵敏度高。

1。介绍

石墨烯氧化物(去)和石墨烯与许多有趣的属性应用前途的材料(1];例如,他们有很好的兼容性与氨基酸等生物材料(2)和蛋白质(3]。尽管其导电性严重限制了氧化石墨烯的使用,许多努力改善获取减少氧化石墨烯的方法,如化学降低(4,5],UV-induced光催化降低[6),和电化学减少(7]。电化学氧化石墨烯的减少可能会做好准备根据周等人的研究。8]。此外,Casero等人石墨工作电极浸没在分散和控制一个合适的阴极电位在12小时获得减少氧化石墨烯(9]。

电子对或电子云重叠的染料分子和石墨电极之间加强了他们的吸附亲和力和加速电子传递速率10]。因为π- - - - - -π共价相互作用,一些表面的电活性染料水溶性芳香能吸收碳材料,如甲苯胺蓝的结合O和多层碳纳米管(11]。亚甲蓝(MB),吩恶嗪生物染料之一,是一个电子载体活化。太阳等人申请聚(亚甲蓝)碳离子液体功能化石墨烯修饰电极来确定多巴胺。修改后的电极表现出更好的电化学性能与高电导率和低电子转移电阻(12]。它表明,聚(亚甲蓝)功能化石墨烯在电化学领域具有不同的属性。

尿酸(UA, C₅H₄N₄O₃)是一种最终的蛋白质和核酸的代谢产物。主要由肾脏排泄,减少程度由肝脏。大多数哺乳动物和鸟类,UA的尿囊素生物分解尿酸酶的作用,然后分解到北半球₃、有限公司₂,和H₂o .然而,一步不适用于人类和类人猿因为尿酸酶的不足。因此,UA是最后的嘌呤的代谢产物。UA的数量在人体内具有重要临床价值,因为它有一个轴承在痛风的诊断,Lesch-Nyhan综合症、结石、肾脏损害,白血病,淋巴瘤(13- - - - - -15),等等。

黄嘌呤(Xa, C₅H₄N₄O₂)主要存在于动物的血液、肝脏和尿液和是一个重要的代谢中间物的嘌呤核苷酸和deoxynucleotide。此外,三磷酸腺苷(ATP)的分解也可以产生Xa (16]。在临床诊断,Xa通常作为一个敏感的指标等临床疾病围产期窒息和成人呼吸窘迫综合征(17- - - - - -19]。作为UA的代谢前体,Xa决定了体液的UA水平。因此,开发一个稳定的、敏感的和有选择性的传感器对UA和Xa有相当大的重要性进行临床分析。以前,各种方法测定UA和Xa已报告,如荧光测定法(20.,21),分光光度法22,23),酶测定(15,24),色谱法(25,26)和电化学方法(27- - - - - -29日]。然而,一些固有问题限制他们的应用程序,其中包括昂贵的仪器,复杂的操作,人员培训。

在这项工作中,我们制作的聚(亚甲蓝)和电化学减少氧化石墨烯复合膜修饰电极,它不仅由优秀electrocatalytic活动UA和Xa的氧化,但还好灵敏度,线性宽,高选择性和非凡的再现性。因此,这个修改后的电极是满意地用于同时测定UA和Xa在人类尿液的方波伏安法(SWV)。

2。实验

2.1。仪器和化学物质

电化学测量进行了BAS 100 B / W电化学工作站(美国BAS)。传统的三电极系统是用于所有电化学实验中,由一个Ag / AgCl(饱和氯化钾)作为参比电极,铂丝为辅助电极,和裸GCE(半径3毫米)或修改GCE作为工作电极。的形态学观察样品用扫描电子显微镜(SEM)从地产- 6610 lv (JEOL、日本)。是通过紫外可见光谱uv - 3600 UV-VIS-NIR分光光度计(日本岛津公司、日本)。所有pH值测量进行使用PHS-3C数字酸度计(上海Leici装置作品,中国)。

氧化石墨烯分散(2毫克·毫升⁻¹;分散剂:水;半径:1 ~ 5μm;厚度:0.8 ~ 1.2 nm;单层率:99%;纯度:99%)获得了来自南京XFNANO材料科技公司、中国。MB、UA和Xa Sigma-Aldrich买来。一个ll other chemicals were used of analytical grade. Double distilled water was used throughout the experiments. The pH of phosphate buffered solution (PBS) was adjusted with 0.1 M H₃阿宝₄和0.1 M氢氧化钠。所有实验在室温下进行。

2.2。PMB-ERGO / GCE做准备

裸GCE抛光为0.05μ米α氧化铝粉末,直到一个镜面光洁度,冲洗1:1 HNO₃解决方案、乙醇和双重蒸馏水超声水浴先后,再用水冲洗之前使用。1.00毫克·毫升⁻¹进入0.1 PBS (pH值6.0)ultrasonicated 5分钟;然后添加了适量的MB形成水溶液中(2.00×10⁻³米),紧随其后的是声波降解法为另一个5分钟。最后,聚合物薄膜被彻底从0.7−1.2 V electropolymerized扫描速率为0.10 V·年代⁻¹11个周期使用循环伏安法。聚合后,修改后的电极被移除,用双重蒸馏水,彻底清洗和风干。最后聚(亚甲蓝)和电化学减少氧化石墨烯复合膜修饰电极(PMB-ERGO / GCE)成功地准备。

3所示。结果与讨论

3.1。PMB-ERGO / GCE的性格特征

较低和较高的electropolymerized阴极电位相比,−1.2 V的潜力足以保证良好的催化能力PMB-ERGO / GCE对UA和Xa。此外,较低的阴极电位通常产生氢电极表面的泡沫没有进一步提高应对UA和Xa。事实上,这些泡沫不仅影响电流密度,而且还损害了修改后的电影。

图1(一)给出了循环voltammograms聚(亚甲蓝)的电化学聚合膜修饰电极(PMB / GCE)和图1 (b)是PMB-ERGO / GCE。图中可以看到1(一)MB的一对锋利的氧化还原峰出现在0.162 V(阳极峰)和−0.181 V(阴极峰)在第一个周期。这种氧化还原反应具有可逆性差,大量和氧化还原峰电流中存在明显的差异。在图1 (b)然而,阳极峰(0.151 V)和阴极峰(0.022 V) MB都宽;此外,有一个不可逆转的阴极峰−1.079 V。在接下来的周期,阴极峰电流的减少,MB氧化还原峰电流的增加,最后这些曲线没有改变,因为增加改性膜的厚度和沉积的速率的减速。

众所周知,一些含氧官能团,如-哦,羧基,- c = O, -C-O-C,存在于石墨烯氧化物,会导致大量的sp³杂化碳原子。电化学还原技术移除这些氧官能团,可以恢复sp²杂化碳原子,它可以改变石墨烯氧化石墨烯。聚合后,减少了氧化石墨烯电化学原理(因此)准备在电极的表面。

图2展览1.50×10的紫外可见光谱曲线⁻⁵M M和0.02毫克·毫升⁻¹去1.50×10的混合解决方案⁻⁵M M和0.02毫克·毫升⁻¹走了。MB给两个吸收峰在662海里(1)和616海里(2)和峰值1和峰值比2还得多。吸收峰可能源自MB的相应的单体和二聚体,分别为(35]。没有明显的吸收。添加到MB的解决方案后,吸收峰的MB大幅下降,但仍然在同一波长,暗示一些MB间发生的相互作用。

SEM图像的全球教育运动,PMB / GCE PMB-ERGO / GCE显示在图中3。PMB电影是光滑、致密,均匀和PMB-ERGO电影展示了一个粗糙的表面特性与凸起,这表明因此嵌入MB的聚合物结构,增加了比表面积。与裸GCE相比,PMB electropolymerized电影和PMB-ERGO是五颜六色的和可以通过肉眼观察到,建议电影已经成功地坚持了电极表面。

图4描述了全球教育运动的电化学阻抗谱,PMB / GCE,因此/ GCE和PMB-ERGO / GCE,及其对应的阻抗值是1212Ω,233.1Ω,96.4Ω,分别和162.5Ω。这些数据暗示PMB的修改电影,因此,和PMB-ERGO加速电子转移的速率和降低了活化能,因此尤其如此。

3.2。Electrocatalytic UA和Xa在不同电极的活性

图5显示了简历光秃秃的全球教育运动的反应,PMB / GCE,因此/ GCE, PMB-ERGO / GCE向2.00×10⁻⁴M UA和2.00×10⁻⁴M Xa。表1列出了不同电极的阳极峰电流和电位。它是注意到四个电极上的阳极峰电位接近。然而,UA的阳极峰电流和Xa PMB-ERGO / GCE上比别人要高得多,表明PMB-ERGO / GCE最大的电化学活性,这应该归功于PMB的协同效应,因此。PMB-ERGO / GCE, Epa (UA) = 0.630 V,环保局(Xa) = 1.006 V,山峰相隔0.376 V。这一结果表明,同时测定UA和Xa可以实现无分离。结合很好的导电性,PMB-ERGO / GCE适当是用来调查UA的电化学行为和Xa。

3.3。电极的有效面积

全球教育运动,PMB / GCE,因此/ GCE, PMB-ERGO / GCE浸渍到包含5.0×10的解决方案⁻³M K₃[Fe (CN)₆)和1.0米的氯化钾,紧随其后的是彻底与循环伏安法。电极的有效面积可以计算从Randles-Sevcik情节:,其中我_p在安培电流(A),n的电子转移数K₃[Fe (CN)₆在氧化还原事件(通常是1),一个电极有效面积,D扩散系数(7.6×10⁻⁶厘米²·年代⁻¹),C浓度(5毫米),ν是扫描速率(0.05 V·年代⁻¹)。全球教育运动的有效区域,PMB / GCE,因此/ GCE, PMB-ERGO / GCE 0.0941厘米²,0.1906厘米²,0.2088厘米²,0.2291厘米²,分别。PMB-ERGO / GCE包含最大的有效面积,大概占其优秀electrocatalytic活动。

3.4。pH值的影响

在大多数情况下,电解液pH值对电化学反应是一个重要的条件。5.00×10的循环voltammograms⁻⁵M UA和1.00×10⁻⁴从pH值2.0到8.0 M Xa记录。如图6,阳极峰电位负方向的转变与崛起的pH值,表明质子参与电极反应。UA阳极峰电流的增加,pH值3.0,然后降低。然而,Xa的阳极峰电流降低响应增加博士表2列出了潜在的峰值和pH值之间的关系UA和Xa。基于上面的分析中,酸碱3.0和2.0被用于个人决心UA和Xa分别和pH值3.0是他们同时测定中使用。

3.5。扫描速度的影响

调查扫描速率的影响在UA的电化学行为和Xa (2.50×10⁻⁵PMB-ERGO / GCE),循环voltammograms是由各种潜在扫描率。图7显示了阳极峰潜在转向积极的地区提高扫描率;此外,阳极峰电流在同一时间增加。扫描速率之间的关系、峰电流和峰电位与方程表表示3。

在方程的斜率值近似为0.5lgI-lgv的电子转移反应,这清楚地表明,UA和Xa都由扩散控制。公式RT / (αnF)通常是用来估计斜率在吗E-lnv关系(36];在此,n是反应电子数,F法拉第常数,R气体常数,α代表电子转移系数(通常是0.5)。UA和Xa的真正反应电子数计算为1.964和1.913,分别。他们的理论反应电子数应该是2。根据文献[27,37,38),UA的机制和Xa氧化可以提出如下图8和9,分别。

3.6。个人和同时测定UA和Xa

数据10和11描述简历和UA SWV反应、Xa及其混合溶液在不同浓度,分别。和表4列出他们的线性范围、检测极限,等等。

结果在表4证明该方法线性范围宽,灵敏度高。这个方法的比较和其他电化学方法同时测定UA和Xa列在表中5。

3.7。再现性和稳定性

5.00×10的混合解决方案⁻⁵M UA和1.00×10⁻⁴20 M Xa SWV测量了平行实验。相对标准偏差(RSD)的峰值电流对UA和Xa分别为3.1%和2.7%,分别,这意味着非凡的再现性。修改后的电极后存储在潮湿的环境中在室温下15天,它保留了94.5%的原始响应和举行了类似的原始曲线的形状,建议可接受PMB-ERGO / GCE的稳定。

3.8。干扰

各种外国物种进行调查的影响包含2.00×10的混合解决方案⁻⁵M UA和5.00×10⁻⁵M Xa。公差极限被设置为最大浓度引起的外来物质,测定的相对误差约为±5%。结果表明,K⁺,Na⁺、钙^{2 +}、铁^{2 +}、镁^{2 +},英航^{2 +}、锌^{2 +},艾尔。^{3 +},Cl⁻,,,、淀粉、精氨酸、苏氨酸、L-serine组氨酸,多巴胺(≥1.0和半胱氨酸(0.6毫克)毫克)、铜^{2 +}(0.6毫克)、银⁺(0.05毫克),我⁻(0.030.5毫克)和抗坏血酸(毫克)没有干扰的决心UA和Xa。因此,它可以同时确定UA和Xa在PMB-ERGO / GCE样本。

3.9。样品分析

人类尿液样本被选为真正的样本检验的可靠性提出SWV方法。1毫升尿液样本稀释10倍与0.1M PBS (pH值3.0)之前测量。结果在表中做了总结6。

4所示。结论

PMB-ERGO / GCE被electropolymerization准备。修改后的电极表现出良好的导电性和优秀electrocatalytic活动对UA和Xa。因此提高了有效表面积的引入改性电极与PMB电影。UA和Xa的真正反应电子数计算为1.964和1.913,分别在磷酸盐缓冲溶液pH值3.0。UA的氧化和Xa都由扩散控制。PMB-ERGO / GCE显示可取的属性包括优秀的稳定,重现性、选择性和灵敏度。结果表明,该方法是一种快速、敏感、UA测定可再生的方法和Xa在人类尿液样本。因此,PMB-ERGO / GCE将作为一个有前途的传感器广泛的电化学传感和生物传感。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项研究是由安徽省高校省级自然科学研究重点项目的基础(没有。KJ2011A255),中国。

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