一種抗氧化傳感器及其製備方法

2023-06-22 17:28:31 1

專利名稱：一種抗氧化傳感器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及電化學傳感器領域，特別涉及一種抗氧化傳感器及其製備方法。
背景技術：
研究發現有機體的多種疾病都與自由基對機體的氧化損傷有關，因此尋找能夠清除自由基的抗氧化劑並研究其抗氧化機理就顯得十分重要。為了保護細胞和機體免於活性氧自由基的損傷，越來越多的抗氧化物被發現並應用，如抗氧化物酶、維生素C、維生素E、 胡蘿蔔素等。因此，尋求準確、科學的方法用來評價抗氧化物的抗氧化活性高低顯得尤為重要，受到了廣泛的關注。傳統對物質抗氧化活性的方法主要有化學發光法、紫外_可見分光光度法、螢光光度法、選擇性電極法和電子自旋共振法等，但存在儀器或染料昂貴，操作繁瑣，生物體系存在多種幹擾物及靈敏度較差等問題。基於電化學檢測的抗氧化傳感器具有簡單、快速、靈敏度高、選擇性好、容易使用等優點，已逐漸被應用於物質的抗氧化活性測定。目前有文獻報導用二氧化鈦納米顆粒修飾於ITO電極，構建基於電化學安培檢測的抗氧化傳感器，用於評價五倍子酸和抗壞血酸等抗氧化劑的抗氧化活性，該方法與傳統的利用Fenton反應產生羥基自由基用於抗氧化活性測定方法一樣，通常其測定酸度要求PH為3左右，在酸度較高介質中，會導致某些活性分子的失活或分子結構的變化。聚苯胺是性能良好的導電高分子聚合物，已廣泛應用於化學修飾電極的製備。與傳統的聚苯胺材料相比，聚苯胺納米纖維具有良好的均一性、獨特的氧化還原性質、高的電導率、大的比表面積和促進電子傳遞的能力和很強的電極表面吸附能力等優點，但未見應用聚苯胺納米纖維構建抗氧化傳感器的研究報導。另一方面，血紅素(heme，分子式為 C34H32N4FeO4)是天然存在的鐵卟啉，是電子傳遞反應的載體，也是催化反應的活性中心。將聚苯胺納米纖維與血紅素形成複合膜，可在複合膜界面發生Fenton反應產生羥基自由基， 具有用於抗氧化劑抗氧化活性測定的應用前景。

發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基於聚苯胺納米纖維界面構建的抗氧化傳感器。本發明的另一目的是提供一種上述抗氧化傳感器的製備方法。本發明的目的通過以下技術方案實現一種抗氧化傳感器，包括玻璃碳電極和塗布在玻璃碳電極表面的複合膜，所述複合膜由聚苯胺薄膜吸附血紅素形成。具體地，所述聚苯胺薄膜具有多孔的網絡結構。上述抗氧化傳感器的製備方法，包括以下步驟(1)製備聚苯胺納米纖維；(2)在玻璃碳電極表面製備聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極；(3)將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在血紅素水溶液中，血紅素吸附在聚苯胺薄膜的表面，形成聚苯胺/血紅素複合膜，得到抗氧化傳感器。作為本發明的優選方案，所述步驟(1)製備聚苯胺納米纖維具體由以下步驟實現(1-1)每毫升1. Omol/L的HCl溶液中加入0. 23 0. 48mmol的苯胺和0. 038 0. 125mmol的過硫酸銨；(1-2)攪拌8 15分鐘;(1-3)溶液離心攪拌8 15分鐘，用蒸餾水洗滌3 5次，得到沉澱物；(1-4)將沉澱物在40 50°C條件下真空乾燥20 24h，得到聚苯胺納米纖維。優選的，所述步驟(2)在玻璃碳電極表面製備聚苯胺薄膜，具體由以下過程實現(2-1)清洗玻璃碳電極；(2-2)將步驟(1)製備的聚苯胺納米纖維分散到去離子水中，得到分散液；(2-3)將步驟(2-2)製備的分散液滴到電極表面，室溫晾乾後形成聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極。優選的，所述步驟(1-2)攪拌8 15分鐘具體由以下過程實現先以2000 2400 轉/分的速率攪拌3 5分鐘，再以1200 1500轉/分的速率攪拌5 10分鐘。優選的，所述驟(2-2)將步驟(1)製備的聚苯胺納米纖維分散到去離子水中具體為每毫升去離子水加入1. 2 2. 5毫克的聚苯胺納米纖維，超聲分散10 20分鐘。優選的，所述步驟(3)將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在血紅素水溶液中，具體為將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在1. 0 5. Ommol/L的血紅素中4 6h。本發明的基本原理為塗布於玻璃碳基底電極表面的聚苯胺納米纖維，由於具有多孔的網絡結構，具備大的比表面積和促進電子傳遞的能力，能夠吸附血紅素形成複合膜， 當體系中施加負電壓時，溶液中的溶解氧被還原成過氧化氫，同時血紅素中的高鐵被還原成亞鐵離子。在複合膜界面，過氧化氫與亞鐵離子發生Fenton反應產生羥自由基，構建的抗氧化傳感器對溶解氧具有電催化作用，從而產生催化電流。當溶液中加入一定量的抗氧化劑，清除羥基自由基，使催化電流下降，通過檢查電流的變化可檢測抗氧化劑清除自由基的能力。反應方程式如下O2 +2H20+2e" - 「 H202+20H"(1)Heme-Fe (III) +e" - 「 Heme-Fe (II) (2)
H2O2 + Heme-Fe (II ) +H+ - 「 Heme-Fe (III) +-OH+ H2O (3)其中，Heme-Fe(III)為血紅素中的高鐵離子，Heme-Fe(II)為血紅素中的亞鐵離子。與現有技術相比，本發明具有以下有優點效果1、本發明的抗氧化傳感器基於聚苯胺/血紅素複合膜，利用複合膜可在催化溶液體系中溶解氧的還原，產生催化電流，複合膜界面發生Fenton反應產生羥基自由基，檢測抗氧化劑清除自由基的能力，可以在中性弱酸弱鹼介質(PH 6.5-7.5)中測量，克服了現有技術需要在強酸介質中測量，會導致某些活性分子的失活或分子結構的變化的缺點，本發明的抗氧化傳感器的製備方法具有操作簡單的優點。
2、作為一種新的抗氧化傳感器，使用本發明的抗氧化傳感器得到的測試結果與現有技術中成熟的羅丹明顯色法的測試結果一致，證實了本發明的抗氧化傳感器具有高的可靠性。3、本發明的抗氧化傳感器還具有穩定性和重現性好的優點。


圖1為本發明製備的聚苯胺納米纖維的透射電鏡(TEM)圖。圖2為未修飾的玻璃碳電極基底電極表面的掃描電鏡(SEM)圖。圖3為塗布在玻璃碳電極基底上的聚苯胺薄膜的SEM圖。圖4為塗布在玻璃碳電極基底上的聚苯胺和血紅素形成的複合膜的SEM圖。圖5為本發明的抗氧化傳感器用於檢測槲皮素(Qu)清除羥自由基的抗氧化作用的電流-時間曲線。圖6為本發明的抗氧化傳感器用於檢測槲皮素的鍺配合物QuGe清除羥自由基的抗氧化作用的電流_時間曲線。圖7為本發明的抗氧化傳感器用於檢測槲皮素的鍺配合物QuGe2的抗氧化作用的電流-時間曲線。圖8為Qu、QuGe、QuGe2的抗氧化活性的曲線圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。實施例1(1)製備聚苯胺納米纖維(1-1)每毫升1. Omol/L的HCl水溶液中加入0. 23mmol的苯胺和0. 038mmol的過
硫酸銨。(1-2)先以2000轉/分的速率攪拌3分鐘，再以1200轉/分的速率攪拌5分鐘。(1-3)溶液離心攪拌8分鐘，用蒸餾水洗滌3次，得到沉澱物。(1-4)將沉澱物在40°C條件下真空乾燥20h，得到聚苯胺納米纖維。(2)在玻璃碳電極表面製備聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極(2-1)拋光直徑為4mm的玻璃碳電極。(2-2)將步驟(1)製備的聚苯胺納米纖維分散到去離子水中，得到分散液每毫升去離子水加入1. 2毫克的聚苯胺納米纖維，超聲分散10分鐘。(2-3)將步驟(2-2)製備的分散液8 μ L滴到電極表面，室溫晾乾後形成聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極。(3)將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在1. Ommol/L的血紅素中4h，血紅素吸附在聚苯胺薄膜的表面，形成聚苯胺/血紅素複合膜，得到抗氧化傳感器。實施例2(1)製備聚苯胺納米纖維(1-1)每毫升1. Omol/L的HCl水溶液中加入0. 48mmol的苯胺和0. 125mmol的過硫酸銨。(1-2)先以2400轉/分的速率攪拌5分鐘，再以1500轉/分的速率攪拌10分鐘。(1-3)溶液離心攪拌15分鐘，用蒸餾水洗滌5次，得到沉澱物。(1-4)將沉澱物在50°C條件下真空乾燥24h，得到聚苯胺納米纖維。(2)在玻璃碳電極表面製備聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極(2-1)拋光直徑為4mm的玻璃碳電極。(2-2)將步驟(1)製備的聚苯胺納米纖維分散到去離子水中，得到分散液每毫升去離子水加入2. 5毫克的聚苯胺納米纖維，超聲分散20分鐘。(2-3)將步驟(2-2)製備的分散液8 μ L滴到電極表面，室溫晾乾後形成聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極。(3)將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在5. Ommol/L的血紅素中6h，血紅素吸附在聚苯胺薄膜的表面，形成聚苯胺/血紅素複合膜，得到抗氧化傳感器。實施例3(1)製備聚苯胺納米纖維(1-1)每毫升1. Omol/L的HCl水溶液中加入0. 35mmol的苯胺和0. 088mmol的過
硫酸銨。(1-2)先以2400轉/分的速率攪拌4分鐘，再以1500轉/分的速率攪拌6分鐘。(1-3)溶液離心攪拌12分鐘，用蒸餾水洗滌4次，得到沉澱物。(1-4)將沉澱物在45°C條件下真空乾燥22h，得到聚苯胺納米纖維。(2)在玻璃碳電極表面製備聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極(2-1)拋光直徑為4mm的玻璃碳電極。(2-2)將步驟(1)製備的聚苯胺納米纖維分散到去離子水中，得到分散液每毫升去離子水加入1. 8毫克的聚苯胺納米纖維，超聲分散15分鐘。(2-3)將步驟(2-2)製備的分散液8 μ L滴到電極表面，室溫晾乾後形成聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極。(3)將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在3. Ommol/L的血紅素中5h，血紅素吸附在聚苯胺薄膜的表面，形成聚苯胺/血紅素複合膜，得到抗氧化傳感器。下面對本發明製備的抗氧化傳感器進行測試，包括TEM測試、SEM測試、計時電流檢測、可行性檢測、重現性及穩定性檢測。(1) TEM測試及SEM測試檢測圖1為本發明製備的聚苯胺納米纖維的TEM圖，由圖中可知聚苯胺呈纖維狀，直徑約為50 70nm，具有多孔的網絡結構，分布均勻。圖2為未修飾的玻璃碳電極表面的SEM圖，圖2為塗布在玻璃碳電極表面的聚苯胺薄膜表面的SEM圖，圖3為塗布在玻璃碳電極表面的聚苯胺/血紅素複合膜表面的SEM 圖。由圖2可知，本發明製備的聚苯胺薄膜具有多孔的網絡結構。(2)計時電流檢測本發明的抗氧化傳感器基於聚苯胺/血紅素複合膜，利用複合膜可在催化溶液體系中溶解氧的還原，產生催化電流，複合膜界面發生Fenton反應產生羥基自由基。在應用本發明的抗氧化傳感器檢測氧化劑的氧化抗氧化活性時，通過檢測電流值的大小檢測抗氧化劑清除自由基的能力，測試使用的儀器為CHI 840B電化學工作站(上海辰華儀器公司)，具體如下對本發明的抗氧化傳感器應用於槲皮素及其鍺配合物清除羥自由基的能力進行檢測採用計時電流法檢測抗氧化傳感器在濃度為0，10，50，100，200，400，600μπιΟ1/1的抗氧化劑(分別為Qu、QuGe, QuGe2)的PBS (磷酸鹽)緩衝溶液中在電位為0 -0. 4V，pH 值為7. 5條件下的還原過程，得到一組電流-時間曲線，曲線組由上到下分別是濃度為0， 10, 50,100, 200,400,600 μ mol/L的抗氧化劑的PBS緩衝溶液的曲線(如圖5 7所示)。 圖5為Qu清除羥自由基的抗氧化作用的電流_時間曲線；圖6為檢測QuGe的抗氧化作用的電流_時間曲線；圖7為檢測QuGe2的抗氧化作用的電流-時間曲線。由圖5 7可知， 在0. 4s後電流值均趨於穩定，說明此時已基本反應完全。分別計算抗氧化傳感器在濃度為0 μ mol/L的抗氧化劑的PBS緩衝溶液與10，50， 100，200，400，600 μ mol/L的抗氧化劑的PBS緩衝溶液在反應完全後(本例中取0. 5s時)
的電流值之差，並以差值的絕對值(表示為抗氧化活性|c。2d)為縱坐標，抗氧化劑的PBS緩
衝溶液的濃度為橫坐標，可得到Qu、QUGe、QUGe2的抗氧化活性曲線圖(圖8)，由圖可知，抗氧化活性的順序為=QuGe2 > QuGe > Qu。且由圖中可知，本發明的抗氧化傳感器的最低檢出限為1. 0 μ mol/L,線性範圍為0. 01 0. 60mmol/L。(3)可行性測試表1為用本發明的抗氧化傳感器和羅丹明顯色法測試不同抗氧化劑的結果，兩種測試結果是一致的五種抗氧化劑抗氧化活性大小的順序為=QuGe2 > QuGe >槲皮素>穀胱甘肽>抗壞血酸。而羅丹明顯色法為穩定成熟的測試方法，表明採用聚苯胺納米纖維和血紅素所構造的抗氧化傳感器應用於測定抗氧化劑的抗氧化活性是可行的。表1用不同測定方法比較不同抗氧化劑的抗氧化活性
權利要求
1.一種抗氧化傳感器，其特徵在於，包括玻璃碳電極和塗布在玻璃碳電極表面的複合膜，所述複合膜由聚苯胺薄膜吸附血紅素形成。
2.根據權利要求1所述的一種抗氧化傳感器，其特徵在於，所述聚苯胺薄膜具有多孔的網絡結構。
3.一種抗氧化傳感器的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)製備聚苯胺納米纖維；(2)在玻璃碳電極表面製備聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極；(3)將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在血紅素水溶液中，血紅素吸附在聚苯胺薄膜的表面，形成聚苯胺/血紅素複合膜，得到抗氧化傳感器。
4.根據權利要求3所述的一種抗氧化傳感器的製備方法，其特徵在於，所述步驟(1)製備聚苯胺納米纖維具體由以下步驟實現(1-1)每毫升1. Omol/L的HCl水溶液中加入0. 23 0. 48mmol的苯胺和0. 038 0. 125mmol的過硫酸銨；(1-2)攪拌8 15分鐘；(1-3)溶液離心攪拌8 15分鐘，用蒸餾水洗滌3 5次，得到沉澱物；(1-4)將沉澱物在40°C 50°C條件下真空乾燥20 24h，得到聚苯胺納米纖維。
5.根據權利要求3所述的一種抗氧化傳感器的製備方法，其特徵在於，所述步驟(2)在玻璃碳電極表面製備聚苯胺薄膜，具體由以下步驟實現(2-1)清洗玻璃碳電極；(2-2)將步驟(1)製備的聚苯胺納米纖維分散到去離子水中，得到分散液；(2-3)將步驟(2-2)製備的分散液滴到電極表面，室溫晾乾後形成聚苯胺薄膜，得到聚苯胺納米纖維修飾電極。
6.根據權利要求4所述的一種抗氧化傳感器的製備方法，其特徵在於，所述步驟(1-2) 攪拌8 15分鐘具體由以下過程實現先以2000 2400轉/分的速率攪拌3 5分鐘， 再以1200 1500轉/分的速率攪拌5 10分鐘。
7.根據權利要求5所述的一種抗氧化傳感器的製備方法，其特徵在於，所述驟(2-2) 將步驟(1)製備的聚苯胺納米纖維分散到去離子水中具體為每毫升去離子水加入1. 2 2. 5毫克的聚苯胺納米纖維，超聲分散10 20分鐘。
8.根據權利要求3所述的一種抗氧化傳感器的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在血紅素水溶液中，具體為將聚苯胺納米纖維修飾電極浸泡在1. 0 5. Ommol/L的血紅素水溶液中4 6h。
全文摘要
本發明公開了一種抗氧化傳感器，包括玻璃碳電極和塗布在玻璃碳電極表面的複合膜，所述複合膜由聚苯胺薄膜吸附血紅素形成，所述聚苯胺薄膜具有多孔的網絡結構；本發明還公開了上述抗氧化傳感器的製備方法，通過合成聚苯胺納米纖維，與血紅素構造複合膜，將複合膜覆蓋於玻璃碳基底電極表面，構建一種抗氧化傳感器，應用於評價抗氧化劑的抗氧化活性。本發明的抗氧化傳感器可應用於中性弱酸弱鹼介質的測量，該傳感器具有製備簡單、操作簡便、測定條件溫和、靈敏度高和重現性好等優點。
文檔編號G01N27/30GK102243203SQ20111009422
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者張茜, 楊培慧, 蔡繼業, 謝偉玲 申請人:暨南大學