一次性铜(II)离子提取l -半胱氨酸的生物传感器基于自组装在金Nanoparticle-Modified丝网印刷碳电极

文摘

一次性铜(II)离子提取l -半胱氨酸的生物传感器基于自组装在金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极是捏造的。电极修改通过附加金纳米粒子在表面丝网印刷碳电极通过介导种子生长法提取l -半胱氨酸的自组装。证明了微分脉冲伏安法,铜(II)离子传感器表现出高灵敏度ppb(十亿分之几)水平。优化各种实验参数如pH值、缓冲浓度和预浓缩时间,影响了生物传感器的性能,研究。传感器表现出广泛的线性响应范围从10到0.005 ppm,检测下限预选8磅用10分钟的时间。基于丝网印刷电极传感器的应用提供了一个有效的手段十亿分之铜离子传感器的检测水平的铜离子在水中。

1。介绍

铜作为一种重要的微量元素在人类的营养被广泛应用于工业和农业部门。铜在这些领域的广泛和过度使用导致了严重的环境污染(1]。高水平的铜环境可能导致食物链中的积累(2]。高剂量的铜饮用水中对人体健康危害。因此,监测环境的铜含量和毒性的冲动是非常可取的。

大部分的铜分析是由传统的方法如原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体光学发射光谱学与固相萃取。尽管这些技术能够提供可靠和准确的结果,但费时又费钱,需要训练有素的人员来操作(3]。这导致了需求增长在发展中更快速、准确、可靠的检测设备跟踪铜水平环境监测(4]。生物传感器的发展的决心和量化金属离子在环境监测正在积极探索。

生物传感器的应用金属离子的定量分析提供了准确、敏感和快速响应现场测量。肽和oligopeptide-modified电极被广泛开发近年来在环境样品中金属离子的检测由于其高亲和力不同的金属离子。此外,通过改变在一个寡肽的氨基酸序列,配体的亲和力不同金属离子可以通过调优(5- - - - - -7]。大量的肽,oligopeptide-based生物传感器已经发展为铜离子的检测。例如,Gly-Gly-His tripeptide-modified金电极对铜显示高灵敏度和选择性^{2 +}较低的离子检测极限sub-ppt层面(6,8]。基于polyaspartate修改金电极的电化学生物传感器能够确定铜离子浓度降到3 nM (4]。提取l -半胱氨酸的自组装单层膜在金电极已报告的检测下限不到5磅(3]。

大多数金属传感器制造从肽、寡肽等黄金电极遭受主要缺点非成本有效的大规模生产和商业化。丝网印刷电极的应用建设多功能传感装置允许制造的低成本和简单的传感器进行原位分析。潜在的可移植性、仪器设计、简单、价格适中了丝网印刷电极的主要选择建设传感装置(8,9]。另一方面,丝网印刷电极的表面允许各种化学修改为特定目的。到目前为止,只有一个处理poly-L-histidine-modified丝网印刷碳电极检测铬(VI)开发了Bergamini等人宽的线性范围和检出限为0.046μ米(9]。

丝网印刷电极与纳米材料改性,提高灵敏度的传感装置被广泛利用。其中,金纳米粒子已被广泛使用,由于其独特的属性,比如大的表面积,良好的生物相容性,良好的催化和电子性质。一枚nanoparticle-modified碳丝网印刷电极由Renedo和马丁内斯在海水和制药样品中锑的测定用阳极溶出伏安法证明了9.4点的检测极限(10]。Martinez-Paredes等人伪造了gold-nanostructured修改丝网印刷碳电极检测铅的闹事铅沉积在纳米结构的传感器表现出检出限0.8 ng / mL (11]。电沉积的金纳米粒子在碳表面丝网印刷电极被开发使用微分脉冲伏安法测定铬(VI)检测下限为4.0×10⁻⁷M×Renedo et al。12]。然而,很少有文献描述的自组装氨基酸、肽、寡肽在黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极金属离子分析。

当前工作的目的是调查处理铜(II)离子的性能对黄金提取l -半胱氨酸的生物传感器基于自组装nanoparticle-modified丝网印刷碳电极使用微分脉冲伏安法。的重要工作是丝网印刷碳电极修饰的金纳米粒子和提取l -半胱氨酸的自组装到金纳米粒子。这项工作提出了一个可行的方法构建一个成本有效,简单,敏感的金属离子分析电化学装置。

2。实验

化学物质
Cetyltrimethylammonium溴铵(CTAB)、金三水合三氯化(HAuCl₄h·3₂O)和l -从奥尔德里奇购买。柠檬酸三钠二水物,抗坏血酸,硼氢化钠(NaBH₄)、氢氧化钠、乙醇、醋酸钠,乙酸酸、硫酸、氢氧化钾、硝酸铜(II),硝酸镍(II),钴(II)从σ。所有的解决方案都是由去离子水(Mili-Q Milipore)。缓冲区的解决方案用于这项工作是50毫米醋酸缓冲(pH值6.0)。pH值与氢氧化钠或HNO调整₃解决方案。储备溶液的硝酸铜(II)、镍(II)硝酸盐、硝酸钴(II)、铅(2)硝酸、氯化铝、硝酸锌(II)(0.1米)准备在醋酸缓冲溶液。玻璃器皿与6 M HNO冲洗₃,然后彻底冲洗去离子水,以避免金属污染。

金纳米粒子沉积到丝网印刷碳电极表面根据描述的方法(13,14)与轻微的修改。总之,丝网印刷碳电极是沉浸在一个0.01米的金种子的解决方案,这是由混合HAuCl 0.5毫升的0.01米₄,0.5毫升的0.01 M柠檬酸三钠的脱水,和18毫升的去离子水。浸泡两个小时后,丝网印刷碳电极被撤的黄金种子溶液和去离子水冲洗,然后用氮气干燥前浸泡24小时黄金增长解决方案。黄金增长的解决方案是通过添加在0.5毫升0.01 HAuCl准备₄,0.1抗坏血酸,和0.1毫升的0.1 M氢氧化钠CTAB的18毫升0.1米。提取l -半胱氨酸的自组装在金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极中执行计划1。黄金nanoparticle-modified电极孵化在75%乙醇,25%的水含有10毫米l - 15小时后用去离子水冲洗。

电化学测量与循环voltmmetry和微分脉冲伏安法进行使用AUTOLAB PG12 AUT(71681)稳压器/恒流器在传统的三电极电化学工作电极的细胞组成;在这种情况下,黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极和黄金nanoparticles-L-cysteine-modified丝网印刷碳电极,一个玻璃碳电极作为辅助电极,电极和Ag / AgCl饱和与氯化钾作为参比电极。黄金的电化学表征nanoparticle-modified丝网印刷碳电极进行了室温和5毫升0.5 H₂所以₄作为承运人的解决方案。调查的电化学行为的黄金nanoparticles-L-cysteine-modified丝网印刷碳电极的铜离子积累在修改后的电极在一个固定的潜在浸泡搅拌溶液的电极在10毫升硝酸铜(II)在50毫米醋酸缓冲(pH值4.5)10分钟。电极然后从混合物中删除和去离子水冲洗之后,转移到一个包含50毫米醋酸缓冲溶液和50 mM氯化钠电化学测量。

提取l -半胱氨酸的特异性黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极铜^{2 +}研究了通过添加一些金属离子干扰物质2 ppm铜^{2 +}解决方案。摩尔比为0.04:1铜的干扰物^{2 +}选择基于指南的饮用水,干扰物质的金属离子包含在调查倪吗^{2 +}、有限公司^{2 +},艾尔。^{3 +}、锌^{2 +}和铅^{2 +}。

3所示。结果与讨论

循环伏安法反应的黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极seed-mediated增长方法以及裸露的丝网印刷碳电极0.5 H₂所以₄解决方案如图1。黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极表现出良好定义的对称金氧化和还原峰在0.76 V。这个观察证实,金纳米粒子已经成功地连接到丝网印刷碳电极的表面上。改变黄金的氧化还原电位沉积金纳米粒子相比,平面黄金0.98 V的附件可能归因于金纳米粒子表面碳糊表面而不是黄金。此外,氧化峰面积的减少黄金建议大量的金纳米粒子已经放置到丝网印刷碳电极的表面上。这可以证实了计算工作地区的黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极的黄金氧化还原峰基于电荷传递的数量和使用482倍μC cm⁻²(15- - - - - -17]。金的计算工作区域nanoparticle-modified丝网印刷碳电极是0.125厘米²粗糙度系数为0.11。TEM测量表明,金纳米颗粒沉积在丝网印刷电极的大小范围从4到8纳米,这些粒子均匀分布的非均匀表面丝网印刷电极。

半胱氨酸的微分脉冲voltammogram黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极以50 mM醋酸缓冲溶液含有氯化钠如图50毫米2。在缺乏10 ppm铜^{2 +},低背景分析信号-0.40 V至+ 0.60 V。有一个增加阴极铜的积累后电流^{2 +}。增加的原因主要是由于铜的还原^{2 +}对铜⁺由于铜的绑定^{2 +}半胱氨酸。它提出了铜^{2 +}协调与酸性和基本(nh(羧基)₂)组的氨基酸3,18]的比2:1铜的半胱氨酸^{2 +}(3]。提取l -半胱氨酸的数量的影响自组装在金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极是评估不同浓度l -自组装到纳米材料的表面的电流响应提取l -半胱氨酸的开始从5增加到30毫米,成为不断在更高浓度(图3)。这表明,金纳米粒子的表面完全与半胱氨酸分子自组装在30 mM提取l -半胱氨酸的含量。

pH值的络合铜的影响^{2 +}与半胱氨酸可以看到在图4铜的最佳pH值绑定在哪里^{2 +}半胱氨酸发生在pH值为6.5,等电点附近提取l -半胱氨酸的(5.02)。此时,半胱氨酸是一种两性离子在酸性的去质子化,基本侧链发生质子化作用使铜的络合^{2 +}(19]。在pH值低于2,羧酸盐的离子性质方面集团()将丢失,因为酸性侧基的质子化作用[18- - - - - -20.]。同样,在pH值高于7,基本的氨基端()集团将在协调与铜deprotonated和失去能力^{2 +}(18- - - - - -20.]。

铜的预选时间的影响^{2 +}电化学反应的半胱氨酸和黄金nanoparticle-modified丝网印刷碳电极也被调查。作为显示在图5,阴极的电流增加而增加积累时间和达到恒定模式在10分钟。因此,预选时间10分钟被选作进一步分析。

修改后的丝网印刷碳电极的特异性评估基于指南(21]因为饮用水,饮用水中铜的最高级别是2 ppm和干扰物是允许的范围0.01 - -0.07 ppm。镍和钴离子被选作为评估的一部分,因为这两种金属表现出相似的电化学铜^{2 +}。0.07 ppm的公司的存在^{2 +}和铅^{2 +}表现出可观测的干扰,超过30%的峰值电流差异时记录这些离子与铜一起出席^{2 +}。有限公司^{2 +}表现出强烈的干扰离子以来大小类似于铜^{2 +}。的最高水平(0.07 ppm)的镍^{2 +},艾尔。^{3 +},锌^{2 +}显示较小的干扰。表1显示镍的干扰行为^{2 +}、有限公司^{2 +},艾尔。^{3 +}、锌^{2 +}和铅^{2 +}在阴极电流测量。

修改后的丝网印刷碳电极之间也表现出线性响应范围宽0.005和10 ppm的铜^{2 +}相关系数为0.9870和8磅(图检测极限6)。检测限远低于最大限度的(21)和欧盟(22饮用水中]标准铜(2 ppm)。丝网印刷碳电极的优点与半胱氨酸自组装改性金纳米粒子在类似的应用程序的其他类型的传感器是低成本生产的可能性和良好的灵敏度的传感器报告在这里。

4所示。结论

使用修饰碳糊丝网印刷电极的铜(II)离子传感器已成功。丝网印刷电极的修改将金纳米粒子与提取l -半胱氨酸的seed-mediated增长法和自组装在金纳米粒子的表面产生了一种传感器,展示了一种宽线性响应范围铜(II)离子之间0.005和10 ppm, 8磅的检测极限,为饮用水足够低的分析。这些结果表明修改后的丝网印刷碳电极的潜在有效的电极生产成本和现场分析铜(II)离子对饮用水源。

确认

作者承认金融支持通过运筹学的马来西亚Kebangsaan大学大学授予(UKM-OUP-NBT-29-151/2011)和格兰特ukm - industri hejim - 12 - 2010。

引用

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