一種樹枝狀納米複合物多柔比星電化學傳感器的製備方法與流程
2023-11-11 16:25:42 2
技術領域：
本發明屬於納米材料與生化傳感的交叉技術領域，具體涉及一種基於銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯三組分的樹枝狀納米複合物多柔比星電化學傳感器的製備方法，其製備的傳感器可用於多柔比星的高效檢測。
背景技術：
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多柔比星俗稱阿黴素，是一種重要的蒽環類抗生素，被廣泛應用於多種類型腫瘤的治療，如惡性淋巴瘤、乳腺癌、支氣管肺癌、卵巢癌、軟組織肉瘤、成骨肉瘤等。高劑量的多柔比星對人體的副作用主要表現為對骨髓造血功能的損害以及對心臟的損傷。多柔比星的濃度水平可充當一種有效的信號指示，用於人體健康因子、相關腫瘤疾病的診斷及治療的監控。鑑於多柔比星的以上特徵，開發一種簡單有效的檢測多柔比星的方法對於腫瘤疾病的診斷和治療具有重要意義。
常規用於多柔比星定性和定量檢測的方法包括高效液相色譜法、毛細管電泳法、紫外-可見吸收光譜法、螢光光譜法、電化學法等。這些用於多柔比星檢測的儀器分析方法普遍存在某些缺陷，如複雜的前處理、耗時的操作和較低的靈敏性。相比之下，電化學分析法尤其是電化學生物傳感器具備顯著的優勢，源於多柔比星分子中苯醌和氫醌結構所引起的優異電化學活性。電化學生物傳感器的明顯優點主要包括操作簡單、低成本和高靈敏性。在先前的報導中，不同納米材料改性的電極已被用於電化學傳感多柔比星，如β-環糊精-石墨烯雜化物納米片改性玻碳電極(electrochemicalsensorforultrasensitivedeterminationofdoxorubicinandmethotrexatebasedonβ-cyclodextrin-graphenehybridnanosheets,electroanalysis,2011,23,2400)，磁性fe3o4-氧化石墨烯-亞硫酸複合物膜改性的電極(roomtemperatureinsituchemicalsynthesisoffe3o4/graphene,ceram.int.,2012,38,6411)，石墨烯量子點改性電極(sensingofdoxorubicinhydrochlorideusinggraphenequantumdotmodifiedglassycarbonelectrode,j.mol.liq.,2016,221,354)，氧化型多壁碳納米管改性的電極(electrochemicallyoxidizedmultiwalledcarbonnanotube/glassycarbonelectrodeasaprobeforsimultaneousdeterminationofdopamineanddoxorubicininbiologicalsamples,anal.bioanal.chem.,2016,408,2577)等用於多柔比星電化學傳感研究。
在這些報導的多柔比星電化學傳感研究中，普遍使用了單一的碳納米材料作為底物去修飾電極界面，為進一步提高多柔比星電化學傳感的檢測效率，有必要引入兩種或多種電活性物質作為底物，如貴金屬銀納米顆粒、碳點和還原氧化石墨烯，獲得不同種類電活性物質的協同效應，以提高電極界面的電導率，增加表面積和活性位點，加快電子遷移速率，實現對多柔比星高靈敏電化學信號檢測。截至目前，尚未有銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯三組分樹枝狀納米複合物的製備方法，及其應用於多柔比星電化學高靈敏檢測相關的國內外文獻和專利等資料報導。
技術實現要素：
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本發明的目的在於克服上述現有技術存在的缺陷，設計一種方法簡單、成本低和高靈敏性的基於銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯三組分樹枝狀納米複合物多柔比星電化學傳感器的製備方法。
為了實現上述目的，本發明涉及的基於銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯三組分樹枝狀納米複合物多柔比星電化學傳感器的製備工藝包括以下步驟：
(1)採用hummers方法製備氧化石墨烯：將1.0克石墨加入250毫升圓底三口瓶中，滴加25毫升濃硫酸碳化石墨，緩慢攪拌反應24小時，之後加入1.5克高錳酸鉀，將三口瓶轉移至冰浴中冷卻，繼續攪拌反應30分鐘，然後升溫至60℃，攪拌反應45分鐘，其間每間隔15分鐘加入3毫升二次蒸餾水，反應完畢後，加入180毫升二次蒸餾水用以終止反應，產物冷卻至室溫，將溶液過濾，沉澱物經過洗滌乾燥，得到氧化石墨烯；
(2)將檸檬酸和碳酸氫銨進行溶劑熱碳化製備碳點：將1.0克檸檬酸和2.0克碳酸氫銨溶於10毫升二甲基亞碸中，將混合液轉移至反應釜中，在160℃下攪拌反應6小時，將反應溶液冷卻至室溫後，加入20毫升質量濃度為50毫克/毫升的氫氧化鈉水溶液，攪拌反應1分鐘，在16000轉/分鐘的轉速下用離心機離心10分鐘，所得沉澱物溶於二次蒸餾水，再次離心分離去除殘留鹽和鹼，最後冷凍乾燥得到碳點；
(3)將步驟(1)製備的氧化石墨烯與步驟(2)製備的碳點充分混合，配製成質量濃度為1.0～2.0毫克/毫升的均質碳點/氧化石墨烯水分散液，其中碳點與氧化石墨烯的質量比為1:5～5:1；
(4)在物質的量濃度為50毫摩/升的硝酸銀水溶液中加入氨水製備得到40毫摩/升的氫氧化二氨合銀水溶液，將溶液與步驟(3)製備的碳點/氧化石墨烯水分散液混合，製得三者均勻混合的水分散液，碳點/氧化石墨烯與氫氧化二氨合銀質量濃度比為1:10～10:1；
(5)將步驟(4)製備的碳點/氧化石墨烯與氫氧化二氨合銀水分散液加入盛有物質的量濃度為1毫摩/升的磷酸鹽水緩衝溶液的電解池中，電解池中插入玻碳電極，採用循環伏安法在玻碳電極界面通過一步電沉積方法將氧化石墨烯和氫氧化二氨合銀共還原成還原氧化石墨烯和銀納米顆粒，循環伏安法掃描速率為0～50毫伏/秒，掃描電壓0～2.0伏，循環次數0～20圈，在玻碳電極界面製備出銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯三組分樹枝狀納米複合物；
(6)將步驟(5)製得的銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯/玻碳電極電化學傳感體系作為傳感器，採用差示脈衝伏安法測定傳感體系的電化學曲線，擬合氧化電流峰強度ip(微安)與多柔比星濃度([dox],0～250×10-8摩/升)之間的線性關係：ip(微安)＝2.197+8.293[dox]，即獲得基於銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯三組分樹枝狀納米複合物的多柔比星電化學傳感器。
本發明與現有技術相比，採用一步電沉積法發生共還原反應在玻碳電極界面製備銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯三組分樹枝狀納米複合物，基於多柔比星在該複合物修飾的玻碳電極界面高敏感的電化學信號響應，可構建出高靈敏的多柔比星電化學傳感器；其製備工藝簡單，製備成本低，產品靈敏度高，能夠發展成為一種新穎的電化學生物傳感器，適用於生物樣品中多柔比星的高效檢測。
附圖說明：
圖1為本發明涉及的納米複合物電化學傳感器製備與多柔比星檢測原理示意圖。
圖2為本發明涉及的納米複合物的掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡照片。
圖3為本發明涉及的銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯-玻碳電極傳感體系對多柔比星的電化學信號響應，以及傳感體系氧化電流峰強度與多柔比星濃度之間的線性關係圖。
具體實施方式：
下面結合附圖並通過具體實施例對本發明進行詳細說明。
實施例1：
本實施例基於銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯複合物的電化學傳感器製備與多柔比星檢測示意圖參見圖1所示，首先採用hummers方法製備氧化石墨烯：將1.0克石墨加入250毫升三口瓶中，滴加25毫升濃硫酸碳化石墨，緩慢攪拌反應24小時；加入1.5克高錳酸鉀，轉移三口瓶至冰浴裝置中冷卻，繼續攪拌反應30分鐘；升溫至60℃，反應45分鐘；其間每間隔15分鐘加入3毫升二次蒸餾水，然後加入180毫升二次蒸餾水用以終止反應，冷卻產物至室溫，將溶液過濾，沉澱物經過洗滌乾燥，製得氧化石墨烯。將檸檬酸和碳酸氫銨進行溶劑熱碳化製備碳點：將1.0克檸檬酸和2.0克尿素溶於10毫升二甲基亞碸中，將此混合液轉移至反應釜中，在160℃下反應6小時，冷卻反應溶液至室溫，加入20毫升質量濃度為50毫克/毫升的氫氧化鈉水溶液，攪拌反應1分鐘，在16000轉/分鐘轉速下用離心機離心10分鐘，所得沉澱物溶於二次蒸餾水，再次離心分離去除殘留鹽和鹼，最後冷凍乾燥得到碳點。將新製備的氧化石墨烯與碳點充分混合，分別將二者配製成相同質量濃度1.0毫克/毫升的水分散液，以體積比3:1充分混合，在室溫下攪拌30分鐘，配製成均質混合液；再在50毫摩/升的硝酸銀水溶液中加入質量分數為1％的氨水溶液，充分攪拌至澄清透明製得氫氧化二氨合銀水溶液，氫氧化二氨合銀濃度調節為40毫摩/升；然後選取一根玻碳電極，將其打磨至鏡面，然後插入1毫摩/升,ph7.0經除氧的磷酸鹽緩衝液中，檢測其電化學信號直至達到穩定；將上述的碳點/氧化石墨烯水分散液與氫氧化二氨合銀水溶液以體積比1:1混合作為電解液，再插入打磨後的玻碳電極，採用循環伏安法對玻碳電極界面進行電沉積處理，其中掃描速率為20毫伏/秒，掃描電壓0～1.0伏，循環次數5圈，製得銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯-玻碳電極傳感體系，銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯複合物的結構如圖2所示，展現出清晰的三組分樹枝狀納米複合物結構；反應結束後，加入10納摩/升～2.5微摩/升多柔比星至電解液中，採用差示脈衝伏安法測定傳感體系的電化學曲線，擬合氧化電流峰強度與多柔比星濃度之間的線性關係，構建多柔比星電化學傳感器(參見圖3)；該傳感器製備工藝簡單，成本低，具備高靈敏性和高選擇性，對多柔比星濃度的檢測範圍是1納摩/升～5微摩/升，檢測極限為3納摩/升。
實施例2：
本實施例採用hummers方法製備氧化石墨烯，將檸檬酸和碳酸氫銨進行溶劑熱碳化製備碳點(具體方法同實施例1)，分別將二者配製成相同質量濃度2.0毫克/毫升的水分散液，然後以體積比1:1充分混合，在室溫下攪拌30分鐘，配製成均質混合液；再在50毫摩/升的硝酸銀水溶液中加入質量分數為1％的氨水溶液，充分攪拌至澄清透明製得氫氧化二氨合銀水溶液，氫氧化二氨合銀濃度調節為40毫摩/升；選取一根玻碳電極，將其打磨至鏡面，然後插入1毫摩/升,ph7.0經除氧的磷酸鹽緩衝液中，檢測其電化學信號直至達到穩定；然後將上述的碳點-氧化石墨烯水分散液與氫氧化二氨合銀水溶液以體積比3:1混合作為電解液，再插入打磨後的玻碳電極，採用循環伏安法對玻碳電極界面進行電沉積處理，其中掃描速率為30毫伏/秒，掃描電壓0～1.5伏，循環次數10圈，製得銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯-玻碳電極傳感體系；反應結束後，加入1納摩/升～5微摩/升多柔比星至電解液中，採用差示脈衝伏安法測定傳感體系的電化學曲線，擬合氧化電流峰強度與多柔比星濃度之間的線性關係，構建多柔比星電化學傳感器；該傳感器製備工藝簡單，成本低，具備高靈敏性和高選擇性，對多柔比星濃度的檢測範圍是1納摩/升～5微摩/升，檢測極限為0.3納摩/升。
實施例3：
本實施例採用hummers方法製備氧化石墨烯，將檸檬酸和碳酸氫銨進行溶劑熱碳化製備碳點(具體方法同實施例1)，分別將二者配製成相同質量濃度1.5毫克/毫升的水分散液，然後以體積比1:3充分混合，在室溫下攪拌30分鐘，配製成均質混合液；再在50毫摩/升的硝酸銀水溶液中加入質量分數為1％的氨水溶液，充分攪拌至澄清透明製得氫氧化二氨合銀水溶液，氫氧化二氨合銀濃度調節為40毫摩/升；然後選取一根玻碳電極，將其打磨至鏡面，然後插入1毫摩/升,ph7.0經除氧的磷酸鹽緩衝液中，檢測其電化學信號直至達到穩定；將上述的碳點-氧化石墨烯水分散液與氫氧化二氨合銀水溶液以體積比1:3混合作為電解液，再插入打磨後的玻碳電極，採用循環伏安法對玻碳電極界面進行電沉積處理，其中掃描速率為40毫伏/秒，掃描電壓0.5～2.0伏，循環次數15圈，製得銀納米顆粒/碳點/還原氧化石墨烯-玻碳電極傳感體系；反應結束後，加入10納摩/升～10微摩/升多柔比星至電解液中，採用差示脈衝伏安法測定傳感體系的電化學曲線，擬合氧化電流峰強度與多柔比星濃度之間的線性關係，構建多柔比星電化學傳感器；該傳感器製備工藝簡單，成本低，具備高靈敏性和高選擇性，對多柔比星濃度的檢測範圍是10納摩/升～10微摩/升，檢測極限為4納摩/升。