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一种基于石墨电极的亚精胺电化学发光检测法

阅读:1发布:2022-11-04

专利汇可以提供一种基于石墨电极的亚精胺电化学发光检测法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于电化学技术领域,具体涉及一种基于 石墨 烯检测亚精胺的电 化学发光 方法。具体工艺步骤如下,采用双 电极 电化学法合成 石墨烯 溶液,再制备Ru(bpy)32+/G修饰电极,最后用制备的固态电化学发光 传感器 定量分析亚精胺:测试结果如下,传感器的回收率范围为96%-103%,相对标准偏差均在6%以内,证明该传感器的回收率好。本发明基于石墨烯较好的 导电性 和较大的 比表面积 ,增加了电极表面的反应位点,加快了 电子 的迁移速率,展现出了更高的电催化活性,采用绿色简单环保的电化学法制备的石墨烯修饰电极实现亚精胺的灵敏检测,减少了昂贵实验设备的使用,简化了操作步骤。,下面是一种基于石墨电极的亚精胺电化学发光检测法专利的具体信息内容。

1.一种检基于石墨电极的亚精胺电化学发光检测法,其特征在于具体工艺步骤按照如下方式进行:
S1、采用双电极电化学法合成石墨烯溶液:
1)将蠕虫石墨通过剪切机分散于1M硫酸铵溶液中得到石墨分散液;
2)将步骤1)中分散液采用双电极电化学体系对石墨进行剥离,双电极体系中以两根铂电极分别作为工作和对电极,通过直流电源施加恒压10V,电解24h,得到剥离石墨烯溶液;
3)将步骤2)中剥离石墨烯溶液进行抽滤洗和乙醇洗,透析3天后放入冷冻干燥
48h,得到石墨烯粉末;
S2、制备Ru(bpy)32+/G修饰电极:
1)取1mg石墨烯粉末分散于1ml水/乙醇混合液中,制得1mg/ml的石墨烯分散液;
2)将步骤1)中的石墨烯分散液超声分散到1.0wt%Nafion溶液(全氟磺酸-聚四氟乙烯)中制备均匀的Nafion-石墨烯(G)分散液,取10μL Nafion-G分散液滴于玻电极表面,室温干燥;
3)将步骤2)干燥后的电极浸入到10mM Ru(bpy)32+溶液中浸泡1h,将电极取出,待自然晾干后用去离子水洗涤电极不小于1次,阳离子交换剂Nafion通过阳离子交换作用吸附固定Ru(bpy)32+,此外石墨烯表面与Ru(bpy)32+芘官能团形成π-π相互作用,最终制备得到Ru(bpy)32+/G修饰电极的固态电化学发光传感器
2.根据权利要求1所述的一种检基于石墨烯电极的亚精胺电化学发光检测法,利用制备的固态电化学发光传感器定量分析亚精胺,其特征在于工艺步骤按照如下方式进行:
1)利用电化学工作站和电化学发光分析仪,采用三电极测试体系:Ru(bpy)32+/G修饰电极作为工作电极,铂电极作为对电极,-氯化银电极作为参比电极,利用循环伏安法和电化学发光法进行测定;
2)将步骤1)中ECL测试设置光电倍增管高压值为800V,测量时间设为1000s,在循环伏安法中,扫速为100mV/s,在0~1.3V的电位范围内测量ECL信号
3)采用步骤2)中的设置条件对亚精胺进行电化学发光检测,配制不同浓度10μM、1mM、
10mM的亚精胺标准溶液,将亚精胺标准溶液稀释为0.001~1000μM的系列溶液进行电化学发光分析,以标准溶液浓度对数值为横坐标,电化学发光强度为纵坐标做标准线性回归,体系的ECL信号随着亚精胺浓度的增加而升高,ECL信号与亚精胺浓度对数值之间存在较好的线性关系,线性范围为1nM-300μM,当亚精胺的浓度范围为1nM到5μM时,其线性回归方程为:
I=3621.40+258.31logCSpermidine,R2=0.9995,其中I:ECL信号,R2:相关系数;当亚精胺的浓度范围为10μM到300μM时,其线性回归方程为:I=16008.71+2730.11logCSpermidine,R2=
0.9972,亚精胺的最低检测限为1nM,其中信噪比为3:1。
3.根据权利要求1所述的一种检基于石墨烯电极的亚精胺电化学发光检测法,采用实际样本血清进行回收率测试,样本数为3,取0.1mL血清样品,用0.1M PBS pH 7.4的磷酸缓冲盐溶液稀释100倍,通过标准加入法,分别加入0.1μM、10μM、100μM的亚精胺溶液,每个浓度采用3个样本进行平行检测,其特征在于该传感器的回收率范围为96%-103%,相对标准偏差均在6%以内,该传感器的回收率好。
4.根据权利要求2所述的一种检基于石墨烯电极的亚精胺电化学发光检测法,其特征在于制备的固态电化学发光传感器能够检测亚精胺时的最低浓度为1nM。

说明书全文

一种基于石墨电极的亚精胺电化学发光检测法

技术领域:

[0001] 本发明属于电化学技术领域,具体涉及一种基于石墨烯检测亚精胺的电化学发光方法。背景技术:
[0002] 多胺是一类含有两个或更多基的化合物,在生物体内广泛存在,最常见的多胺包括腐胺、亚精胺和精胺。其中,作为前列腺癌肿瘤标志物之一的亚精胺,发展其快速灵敏检测技术具有重要意义。目前,检测亚精胺的方法主要有高效液相色谱法、离子色谱法、电化学发光法等。其中,电化学发光技术以其装置简单、重现性好、可进行原位发光、检测灵敏度高等优点在传感检测领域备受关注。
[0003] 电化学发光指的是物质在电极表面发生电荷转移反应产生激发态物质,最终回到基态的光发射过程。以三联吡啶钌(Ru(bpy)32+)作为探针的电化学发光体系具有较好的化学稳定性,较高的发光效率和检测灵敏度等优点,被广泛应用于疾病诊断、药物、环境分析2+
等方面。基于Ru(bpy)3 可逆的化还原性能,采用离子交换、π-π作用,层层组装、静电吸附等方法将Ru(bpy)32+固定在电极表面建立固态传感平台可以进一步简化装置以及减少Ru(bpy)32+的消耗。亚精胺含有的仲胺基团可以与Ru(bpy)32+反应产生电化学发光,因此,提高Ru(bpy)32+在电极的负载量、提升电极的稳定性和导电性,可以进一步提高亚精胺检测的灵敏度和稳定性。
[0004] 石墨烯,一种单原子二维层状材料,因其优良的导电性和稳定性等,在传感领域受到广泛关注。石墨烯修饰电极可增大电极的比表面积,提高电极表面的反应位点,加快电子的迁移速率,展现出更高的电催化活性。此外,石墨烯与Ru(bpy)32+可形成π-π相互作用,在电化学发光(ECL)检测中具有灵敏度高、线性范围广、分析速度快、仪器简单等优点,是检测亚精胺的可行方法。因此,本发明寻求设计提供一种基于石墨烯电极的亚精胺电化学发光检测法,检测精度极高。发明内容:
[0005] 本发明目的是在于克服现有技术缺陷,寻求设计基于石墨烯电极的亚精胺电化学发光检测法。该方法能有效提高电极的灵敏度,实现亚精胺的高灵敏检测。
[0006] 为实现上述目的,本发明涉及的一种检基于石墨烯电极的亚精胺电化学发光检测法的具体工艺步骤按照如下方式进行:
[0007] S1、采用双电极电化学法合成石墨烯溶液:
[0008] 1)将蠕虫石墨通过剪切机分散于1M硫酸铵溶液中得到石墨分散液;
[0009] 2)将步骤1)中分散液采用双电极电化学体系对石墨进行剥离,双电极体系中以两根铂电极分别作为工作和对电极,通过直流电源施加恒压10V,电解24h,得到剥离石墨烯溶液;
[0010] 3)将步骤2)中剥离石墨烯溶液进行抽滤洗和乙醇洗,透析3天后放入冷冻干燥机48h,得到石墨烯粉末;
[0011] S2、制备Ru(bpy)32+/G修饰电极:
[0012] 1)取1mg石墨烯粉末分散于1ml水/乙醇混合液中(超声分散),制得1mg/ml的石墨烯分散液;
[0013] 2)将步骤1)中的石墨烯分散液超声分散到1.0wt%Nafion溶液(全氟磺酸-聚四氟乙烯)中制备均匀的Nafion-石墨烯(G)分散液。取10μL Nafion-G分散液滴于玻电极(GCE)表面,室温干燥;
[0014] 3)将步骤2)干燥后的电极浸入到10mM Ru(bpy)32+溶液中浸泡1h,将电极取出,待自然晾干后用去离子水洗涤电极不小于1次,阳离子交换剂Nafion通过阳离子交换作用吸附固定Ru(bpy)32+,此外石墨烯表面与Ru(bpy)32+芘官能团形成π-π相互作用,最终制备得到Ru(bpy)32+/G修饰电极的固态电化学发光传感器
[0015] S3、固态电化学发光传感器定量分析亚精胺:
[0016] 1)利用电化学工作站和电化学发光分析仪,采用三电极测试体系:Ru(bpy)32+/G修饰电极作为工作电极,铂电极作为对电极,-氯化银(Ag/AgCl)电极作为参比电极,利用循环伏安法和电化学发光法进行测定;
[0017] 2)将步骤1)中ECL测试设置光电倍增管高压值为800V,测量时间设为1000s,在循环伏安法中,扫速为100mV/s,在0~1.3V的电位范围内测量ECL信号
[0018] 3)采用步骤2)中的设置条件对亚精胺进行电化学发光检测,配制不同浓度10μM、1mM、10mM的亚精胺标准溶液,将亚精胺标准溶液稀释为0.001~1000μM的系列溶液进行电化学发光分析,以标准溶液浓度对数值为横坐标,电化学发光强度为纵坐标做标准线性回归,体系的ECL信号随着亚精胺浓度的增加而升高,ECL信号与亚精胺浓度对数值之间存在较好的线性关系,线性范围为1nM-300μM,当亚精胺的浓度范围为1nM到5μM时,其线性回归方程为:I=3621.40+258.31logCSpermidine,R2=0.9995(I:ECL信号,R2:相关系数);当亚精胺的浓度范围为10μM到300μM时,其线性回归方程为:I=16008.71+2730.11logCSpermidine,R2=
0.9972,亚精胺的最低检测限为1nM(信噪比3:1);
[0019] 4)采用实际样本血清进行回收率实验(样本数为3):取0.1mL血清样品,用磷酸缓冲盐溶液(0.1M PBS pH 7.4)稀释100倍,通过标准加入法,分别加入0.1μM、10μM、100μM的亚精胺溶液,每个浓度采用3个样本进行平行检测,该传感器的回收率范围为96%-103%,相对标准偏差均在6%以内,证明该传感器的回收率好。
[0020] 本发明与现有技术相比,取得的有益效果如下:本发明基于石墨烯较好的导电性和较大的比表面积,增加了电极表面的反应位点,加快了电子的迁移速率,展现出了更高的电催化活性,此外,石墨烯与三联吡啶钌之间可形成π-π相互作用,进一步提高了电化学发光性能,本发明制备工艺简单,应用环境友好,制备的固态电化学发光传感器具有较高的灵敏度,较好的稳定性,在实际样品的检测也具有较好的回收率。
[0021] 基于石墨烯电极的电化学发光法检测亚精胺最低检测限可达到1nM,具有非常低的检测限。而现有技术中二氧化纳米颗粒修饰的丝网印刷碳电极的固态电化学发光传感器对于检测亚精胺的最低检测限为5nM,采用绿色简单环保的电化学法制备的石墨烯修饰电极实现亚精胺的灵敏检测,减少了昂贵实验设备的使用,简化了操作步骤。附图说明:
[0022] 图1为本发明涉及的电化学发光强度和不同亚精胺浓度对数值之间的关系示意图。具体实施方式:
[0023] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0024] S1、采用绿色环保、价格低廉的双电极电化学法制备石墨烯粉末:
[0025] 1)将蠕虫石墨粉末分散于1M硫酸铵溶液中,以两根铂电极分别作为工作电极和对电极,两个铂电极间距为0.5cm;
[0026] 2)将直流电源与铂阴、阳电极相连,打开电源,设置恒压10V,电解24h,得到剥离石墨烯溶液;
[0027] 3)通过水洗、乙醇清洗多次,透析3天,除去石墨烯溶液中包括离子和电解液在内的杂质;
[0028] 4)将抽滤得到的石墨烯滤饼冻干,得到石墨烯粉末;
[0029] S2、石墨烯分散液的制备:取1mg采用双极性电化学制备方法合成的石墨烯粉末分散到1ml水/乙醇混合液中,超声直至分散均匀,得1mg/ml的石墨烯分散液;
[0030] S3、玻碳电极(GCE)的预处理:用粒径为50nm的氧化将玻碳电极在麂皮上抛光,随后分别在超纯水和无水乙醇中超声3min,再用超纯水冲洗后室温晾干待用;
[0031] S4、Ru(bpy)32+/G修饰电极的制备:将1mg/mL石墨烯分散液与1.0wt%全氟化树脂溶液(Nafion)混合,超声40min,得到均匀的Nafion-G分散液,取10μL Nafion-G分散液滴涂于玻碳电极(GCE)表面,待溶剂蒸发成膜后,将干燥后的电极置于10mM Ru(bpy)32+溶液中浸泡1h,自然晾干后用去离子水洗涤电极数次,除去未吸附的Ru(bpy)32+,即得Ru(bpy)32+/G修饰电极,电极每次使用后放室温下储存;
[0032] S5、亚精胺(Spermidine,SPD)标准溶液的制备:取0.1mmol的亚精胺溶解到10mL水中,得到10mM的亚精胺溶液;取1mL 10mM的亚精胺溶液稀释至10mL,得1mM的亚精胺溶液;取100μL 1mM的亚精胺溶液稀释10mL,得10μM的亚精胺溶液;
[0033] S6、血清样品制备:将人体血样于4000r/min离心,离心10min,保留血清,4℃箱冷藏,磷酸缓冲盐溶液(PBS)的制备:NaCl 8g/L,KCl 0.2g/L,Na2HPO41.44g/L,KH2PO40.2g/L。PBS溶液的pH=7.4;
[0034] S7、亚精胺的电化学发光测试:采用电化学工作站和电化学发光分析仪,采用三电极测试体系,Nafion/G修饰电极作为工作电极,铂电极作为对电极,银-氯化银(Ag/AgCl)电极作为参比电极的,利用循环伏安法和电化学发光法进行测定,电化学发光(ECL)设置光电倍增管高压值为800V,测量时间设为1000s,循环伏安法中,扫速100mV/s,在0~1.3V的电位范围内测量ECL信号,亚精胺的具体测试步骤如下:
[0035] 1)在含有不同浓度10μM、1mM、10mM的亚精胺的标准溶液中,实现0.001~1000μM待测液的检测;
[0036] 2)将亚精胺标准溶液稀释为0.001~1000μM的系列溶液进行电化学发光分析,以标准溶液浓度对数值为横坐标,电化学发光强度为纵坐标做标准线性回归,体系的ECL信号随着亚精胺浓度的增加而升高,ECL信号与亚精胺浓度对数值之间存在较好的线性关系(如图1),浓度线性范围为1nM-300μM,当亚精胺的浓度范围为1nM到5μM时,其线性回归方程为:I=3621.40+258.31logCSpermidine,R2=0.9995(I:ECL信号,R2:相关系数);当亚精胺的浓度范围为10μM到300μM时,其线性回归方程为:I=16008.71+2730.11logCSpermidine,R2=
0.9972,亚精胺的最低检测限1nM(信噪比3:1);
[0037] 3)实际血清样本检测及回收率测定:取0.1mL血清样品,用磷酸缓冲盐溶液(0.1M PBS pH 7.4)稀释100倍,通过标准加入法,分别加入0.1μM、10μM、100μM的亚精胺溶液,每个浓度采用3个样本进行平行检测,该传感器的回收率范围为96%-103%,相对标准偏差均在6%以内(如表1)。
[0038] 表1血清样品中亚精胺的测试结果
[0039]
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