一种同型半胱氨酸电化学传感器及其制备方法和应用

1.本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其涉及一种同型半胱氨酸电化学传感器及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年以来，纳米技术与日俱进，形形色色奇异独特的纳米材料层出叠见。由于其具有特定的理化特性，可广泛用于光学，催化，电子和生物传感等领域，因此，数不胜数的专家学者对纳米级材料及其在生物医学传感中的应用兴致盎然。具有大比表面积，较大吸附能力和良好导电性的碳纳米材料在许多研究和应用中引起了世界的广泛关注。其中，乙炔黑(ab)已成为当今世界修饰电极材料中最具魅力的碳纳米材料之一。乙炔黑(ab)，一种具有规则多孔结构的特殊类型的炭黑。具有优异的电导性，三维结构所致的大表面积以及对待测物强大的吸附能力等特性。此外，与使用碳纳米管和石墨烯等其他碳材料相比，乙炔黑的超低成本有助于保持合成复合材料的低成本，被成功用于生物医学传感。
3.金纳米粒子(aunps)对传感界面的粗糙化，催化，导电性能以及传质的增强有着显著的影响。因而，在生物医学传感领域中，存在巨大的应用价值。可通过化学、物理和生物合成法得到aunps。其中，电沉积提供了一种简便，快速和廉价的替代方法。为提高aunps的利用率并增强其催化活性，通常将aunps负载在高电导率的碳纳米材料上，使其在生物医学传感过程中的催化活性位点增多，从而提高传感器的各项基本性能指标。
4.同型半胱氨酸亦称高半胱氨酸，是一种含巯基的氨基酸，近年来，医学研究已经证实血浆中同型半胱氨酸的含量变化与某些疾病有着密切的联系。因此，检测同型半胱氨酸的水平对的相关疾病的病理研究具有重要意义。目前已建立了多种分析方法用于同型半胱氨酸的检测，如光度检测法。紫外分光光度法，荧光法，光谱测定法和酶免疫测定法等。但是上述很多方法存在着预处理复杂、成本高、检测限高、稳定性不好等缺点。因此对同型半胱氨酸进行可靠、稳定的检测，成为亟待解决的迫切问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出了一种同型半胱氨酸电化学传感器及其制备方法和应用，以解决现有技术存在的缺陷。
6.第一方面，本发明提供了一种同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
7.将碳纳米材料、双十六烷基磷酸加入水中通过超声制得分散液；
8.将分散液滴加至玻碳电极表面，烤干，得到碳纳米材料修饰电极；
9.将碳纳米材料修饰电极置于金盐水溶液中，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面，即得同型半胱氨酸电化学传感器。
10.优选的是，所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，所述碳纳米材料包括乙炔黑、碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯中的至少一种。
11.优选的是，所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，所述金盐水溶液包括haucl4水溶液、naaucl4·
2h2o水溶液中的一种。
12.优选的是，所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，将碳纳米材料、双十六烷基磷酸加入至水中得到分散液的步骤中碳纳米材料、双十六烷基磷酸和水的质量体积比为(2～6)mg:(2～6)mg:(2～6)ml。
13.优选的是，所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，所述金盐水溶液的浓度为3～7mmol/l。
14.优选的是，所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面所控制的电化学参数为：以80～120mv/s的扫描速率，在-1.5～0v的电位范围内，循环扫描5～35圈。
15.优选的是，所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，将分散液滴加至玻碳电极表面之前还包括对玻碳电极进行处理，所述处理具体为：使用抛光布对玻碳电极进行抛光打磨；再将抛光打磨后的玻碳电极依次使用硝酸水溶液、无水乙醇水溶液和水进行超声清洗，即完成玻碳电极的处理。
16.优选的是，所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，将2～10μl分散液滴加至玻碳电极表面。
17.第二方面，本发明还提供了一种同型半胱氨酸电化学传感器，采用所述的制备方法制备得到。
18.第三方面，本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器或所述的同型半胱氨酸电化学传感器在检测同型半胱氨酸浓度中的应用。
19.本发明的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
20.本发明的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，通过将含有碳纳米材料的分散液滴加至玻碳电极表面，烤干，得到碳纳米材料修饰电极；再将将碳纳米材料修饰电极置于金盐水溶液中，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面，即得同型半胱氨酸电化学传感器；本技术结合简单的电化学沉积法和滴涂法制备了同型半胱氨酸电化学传感器。金纳米颗粒的高导电率对于提高复合材料对同型半胱氨酸的电催化性能具有重要意义。本技术制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器成本低，检测限低、稳定性好。此外，血清样品中同型半胱氨酸的加标回收率较好，对于生物体系中同型半胱氨酸的可靠测定和同型半胱氨酸相关疾病的研究提供了潜在的应用价值。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例1～4中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器对200μmol/l hcysh的氧化峰电位和氧化峰电流的影响；
23.图2为不同检测条件下同型半胱氨酸电化学传感器对hcysh的氧化峰电流的影响；
24.图3为裸gce、aunps/gce、ab-dhp/gce以及aunps/ab-dhp/gce的表面形貌图；
25.图4为aunps/ab-dhp/gce的能谱图；
26.图5为裸gce、ab-dhp/gce、aunps/gce、aunps/ab-dhp/gce在含有200μmol/l hcysh的0.15mol/l ph＝6.0磷酸盐缓冲溶液中的差分脉冲伏安曲线图；
27.图6为aunps/ab-dhp/gce在含有1mol/l kcl的5mmol/l k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液中的循环伏安扫描图；
[0028]
图7为裸gce和aunps/ab-dhp/gce，电量q与时间t的平方根(t
1/2
)之间的线性关系图；
[0029]
图8为gce、ab-dhp/gce、aunps/ab-dhp/gce在含有1mol/l kcl的5mmol/l k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液中的电化学交流阻抗图；
[0030]
图9为不同扫描速率下，200μmol/l hcysh在aunps/ab-dhp/gce上的线性扫描伏安图；
[0031]
图10为在不同ph的0.15mol/l pbs缓冲溶液中，aunps/ab-dhp/gce监测200μmol/l hcysh的差分脉冲伏安曲线图；
[0032]
图11为不同浓度同型半胱氨酸在aunps/ab-dhp/gce电极上的安培响应图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0034]
本技术实施例提供了一种同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0035]
s1、将碳纳米材料、双十六烷基磷酸加入水中通过超声制得分散液；
[0036]
s2、将分散液滴加至玻碳电极表面，烤干，得到碳纳米材料修饰电极；
[0037]
s3、将碳纳米材料修饰电极置于金盐水溶液中，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面，即得同型半胱氨酸电化学传感器。
[0038]
需要说明的是，本技术的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，通过将含有碳纳米材料的分散液滴加至玻碳电极表面，烤干，得到碳纳米材料修饰电极；再将将碳纳米材料修饰电极置于金盐水溶液中，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面，即得同型半胱氨酸电化学传感器；本技术结合简单的电化学沉积法和滴涂法制备了同型半胱氨酸电化学传感器。金纳米颗粒的高导电率对于提高复合材料对同型半胱氨酸的电催化性能具有重要意义。本技术制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器成本低，检测限低、稳定性好。此外，血清样品中同型半胱氨酸的加标回收率较好，对于生物体系中同型半胱氨酸的可靠测定和同型半胱氨酸相关疾病的研究提供了潜在的应用价值。
[0039]
在一些实施例中，碳纳米材料包括乙炔黑、碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯中的至少一种。
[0040]
在一些实施例中，金盐水溶液包括haucl4水溶液、naaucl4·
2h2o水溶液中的一种。
[0041]
在一些实施例中，将碳纳米材料、双十六烷基磷酸加入至水中得到分散液的步骤
中碳纳米材料、双十六烷基磷酸和水的质量体积比为(2～6)mg:(2～6)mg:(2～6)ml。
[0042]
在一些实施例中，金盐水溶液的浓度为3～7mmol/l。
[0043]
在一些实施例中，采用三电极体系(碳纳米材料修饰玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极)，以金盐水溶液为底液，借助于电沉积法，使金盐发生电化学还原生成金纳米颗粒沉积在碳纳米材料修饰电极表面，所控制的电化学参数为：以80～120mv/s的扫描速率，在-1.5～0v的电位范围内，循环扫描5～35圈。
[0044]
在一些实施例中，将分散液滴加至玻碳电极表面之前还包括对玻碳电极进行处理，处理具体为：使用抛光布对玻碳电极进行抛光打磨；再将抛光打磨后的玻碳电极依次使用硝酸水溶液、无水乙醇和超纯水进行超声清洗，即完成玻碳电极的处理。
[0045]
具体的，抛光布上含有al2o3抛光粉的泥浆，al2o3抛光粉的颗粒直径为50nm；硝酸水溶液中硝酸与水的体积比为1:1；将抛光打磨后的玻碳电极依次使用硝酸水溶液、无水乙醇和超纯水进行超声清洗，每个阶段均超声清洗2～5min。
[0046]
在一些实施例中，将2～10μl分散液滴加至玻碳电极表面。
[0047]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种同型半胱氨酸电化学传感器，采用上述的制备方法制备得到。
[0048]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种上述的同型半胱氨酸电化学传感器在检测同型半胱氨酸浓度中的应用。
[0049]
以下进一步以具体实施例说明本技术的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法。本部分结合具体实施例进一步说明本发明内容，但不应理解为对本发明的限制。如未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本领域常规试剂、方法和设备。以下实施例中所用的乙炔黑(粒径30～45nm)购买自天津优盟化工科技有限公司、双十六烷基磷酸购买自阿拉丁试剂(上海)有限公司。
[0050]
实施例1
[0051]
本技术实施例提供了一种同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0052]
s1、将4mg乙炔黑(简称ab)、4mg双十六烷基磷酸(简称dhp)置于4ml超纯水中，超声分散处理10h，得到ab-dhp分散液；
[0053]
s2、将直径为3.0mm的裸gce(即玻碳电极)在抛光布上进行打磨，抛光布上含有al2o3抛光粉的泥浆，al2o3抛光粉的颗粒直径为50nm；然后，依次用硝酸水溶液、无水乙醇和超纯水进行超声清洗，各3min，以得到干净光滑的电极表面；之后，在处理过的gce表面上，用量程为0.5～10μl的单点可调移液枪滴涂6μl ab-dhp分散液，然后在红外灯下烤干，即得ab-dhp/gce修饰电极；
[0054]
s3、将ab-dhp/gce修饰电极置于5mmol/l haucl4水溶液中进行电化学沉积，电化学沉控制的电化学参数为：以100mv/s的扫描速率，在-1.5～0v的电位范围内，循环扫描25圈，使aunps(金纳米粒子)成功地与ab-dhp结合，即可得到aunps/ab-dhp/gce，即同型半胱氨酸电化学传感器。
[0055]
实施例2
[0056]
本技术实施例提供的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，同实施例1，不同在
于，步骤s1中使用4mg碳纳米管(mwcnt)代替4mg乙炔黑，其余工艺均与实施例1相同。
[0057]
实施例3
[0058]
本技术实施例提供的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，同实施例1，不同在于，步骤s1中使用4mg氧化石墨烯(go)代替4mg乙炔黑，其余工艺均与实施例1相同。
[0059]
实施例4
[0060]
本技术实施例提供的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，同实施例1，不同在于，步骤s1中使用4mg石墨烯(gr)代替4mg乙炔黑，其余工艺均与实施例1相同。
[0061]
对比例1
[0062]
本对比例提供了一种同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0063]
s1、将直径为3.0mm的裸gce(即玻碳电极)在抛光布上进行打磨，抛光布上含有al2o3抛光粉的泥浆，al2o3抛光粉的颗粒直径为50nm；然后，依次用硝酸水溶液、无水乙醇水溶液和超纯水进行超声清洗，各3min，以得到干净光滑的电极表面；
[0064]
s2、将处理过的gce置于5mmol/l haucl4水溶液中进行电化学沉积，电化学沉控制的电化学参数为：以100mv/s的扫描速率，在-1.5～0v的电位范围内，循环扫描25圈，使aunps(金纳米粒子)沉积在gce表面，得到aunps/gce。
[0065]
性能测试
[0066]
同型半胱氨酸的电化学检测
[0067]
同型半胱氨酸的电化学检测体系通常采用三电极系统。其中，裸gce、ab-dhp/gce、aunps/gce或aunps/ab-dhp/gce为工作电极，是同型半胱氨酸发生电化学反应的场所；饱和甘汞电极为参比电极，在检测过程中起参照比较作用；铂电极为辅助电极，与工作电极构成极化回路。检测底液为含有一定浓度hcysh(dl-高半胱氨酸，购买自梯希爱(上海)化成工业发展有限公司)的0.15mol/l的磷酸盐缓冲溶液(ph＝6.0)，其中磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：将30g nacl、0.75g kcl、13.425g na2hpo4·
12h2o、0.9g kh2po4溶于200ml的超纯水中，定容至250ml并调节至6.0。电化学表征过程中，设置0v～0.7v的扫描电位范围，此外，检测之前需要在-0.2v的电位下富集20s，以便于同型半胱氨酸在电极表面聚集，达到良好的检测效果。
[0068]
1、碳纳米材料的优选
[0069]
碳纳米材料修饰的生物医学传感器，可有效增加电极比表面积，并改善电催化和电子转移活性。其中乙炔黑(ab)、碳纳米管(mwcnt)、氧化石墨烯(go)、石墨烯(gr)在生物医学传感器的制备研究中大有可观。为了确定对hcysh的检测效果最好的碳纳米材料，分别对实施例1～4中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器的性能进行了考察，结果如图1所示。具体的，按照上述检测方法，采用三电极体系，以实施例1～4中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器作为工作电极，检测底液为含有200μmol/l hcysh的0.15mol/l的磷酸盐缓冲溶液。
[0070]
图1中a:aunps/ab-dhp/gce即为实施例1中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器、b:aunps/mwcnt-dhp/gce即为实施例2中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器、c:aunps/go-dhp/gce即为实施例3中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器、d:aunps/gr-dhp/gce即为实施例4中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器；图1中a表示实施例1～4中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器对200μmol/l hcysh氧化峰电位的影响、b表示实施
例1～4中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器对200μmol/l hcysh氧化峰电流的影响。
[0071]
从图1中看出，同浓度的hcysh在aunps/ab-dhp/gce上具有最低的氧化峰电位以及最大的氧化峰电流，表明ab-dhp和aunps纳米复合膜对同型半胱氨酸的电化学氧化具有较显著的催化效果，所以aunps/ab-dhp/gce是检测hcysh的最佳选择电极。
[0072]
2、检测条件的优化
[0073]
在生物医学传感领域，实验检测的前提条件不同，最终的监测结果大相径庭。为达最佳检测效果，本技术中，优化了以下条件，结果如图2所示。具体的，图2中按照上述检测方法，采用三电极体系，以实施例1中制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，检测底液是含有200μmol/l hcysh的磷酸盐缓冲溶液。具体的，图2中a为检测底液浓度对hcysh氧化峰电流的影响；b为实施例1的步骤s2中滴加的ab-dhp分散液体积对hcysh氧化峰电流的影响；c为实施例1的步骤s3中的循环扫描圈数对hcysh氧化峰电流的影响；d为hcysh氧化峰电流与富集电位的关系；e为hcysh氧化峰电流与富集时间的关系。
[0074]
从图2中可以看出可知最佳底液(即磷酸盐缓冲溶液)浓度为0.15mol/l；ab-dhp分散液的最佳滴涂量为6μl；金纳米粒子的最佳循环扫描圈数为25圈；最佳富集电位和富集时间分别为-0.2v和20s。
[0075]
3、同型半胱氨酸电化学传感器机理分析
[0076]
3.1不同电极表面的sem表征及能谱分析
[0077]
利用扫描电镜(sem)分析了实施例1中裸gce(a)、对比例1中aunps/gce(b)、实施例1中ab-dhp/gce(c)以及aunps/ab-dhp/gce(d)的表面几何形态和性质，结果如图3所示。
[0078]
从图3中可以看出，裸gce表面较平滑(图3中a)；电沉积aunps后，在gce表面产生一层密实均匀且发亮的金色薄膜，可以明显的观察到膜上布满了金纳米颗粒(图3中b)；ab-dhp滴涂在gce表面后，电极表面凹凸不平，且呈结构松散的孔洞构造(图3中c)；在ab-dhp/gce上电沉积aunps后(图3中d)，整个电极表面较疏松，在3中d的放大图中可明显观察到aunps依附在乙炔黑(ab)的晶格上。aunps的纳米效应联合乙炔黑(ab)的松散且多孔洞构造，增加了电极的活性面积，促进对同型半胱氨酸的富集，从而提升同型半胱氨酸在该传感器上的检测灵敏度。
[0079]
为了进一步分析证实aunps成功融入ab-dhp的基体中，对实施例1中aunps/ab-dhp/gce实施了能谱分析，结果如图4所示。
[0080]
从图4中可以看出，aunps/ab-dhp/gce表面存在的元素有c和au，c元素可能来源于ab-dhp，以及测试时所用的支撑载体玻碳片，au元素主要来源于aunps。图4右侧从上到下依次为au和c元素在aunps/ab-dhp/gce电极表面的分布图谱，图中白色代表au元素，蓝色代表c元素，可见，au和c元素在电极表面均匀分布，即aunps/ab-dhp复合膜被成功修饰到gce表面。
[0081]
3.2同型半胱氨酸在不同电极上的电化学响应
[0082]
在四种不一样的电极上，采用dpv研究了对同型半胱氨酸的电催化性能的差异，结果如图5所示。具体的，实施例1中裸gce(图5中曲线a)、实施例1中ab-dhp/gce(图5中曲线b)、对比例1中aunps/gce(图5中曲线c)、实施例1中aunps/ab-dhp/gce(图5中曲线d)在含有200μmol/l hcysh的0.15mol/l ph＝6.0磷酸盐缓冲溶液中的dpv图。
[0083]
从图5中可以看出，在裸gce上，同型半胱氨酸的响应信号较差，几乎观察不到(曲线a)。在ab-dhp/gce上，仅在0.51v观察到一个微弱的同型半胱氨酸氧化峰，峰电流为0.17μa(曲线b)。在aunps/gce(曲线c)上，0.46v出现一个尖锐的同型半胱氨酸氧化峰，经电化学技术测得的氧化峰电流为4.7μa。而在aunps/ab-dhp/gce上，在0.404v处的氧化峰较尖锐，经电化学技术测得的氧化峰电流为8.3μa。且在aunps/ab-dhp/gce上，hcysh的氧化峰电位发生相对来说比较大的负移，值为0.106v。显然，这可能归因于金纳米粒子的大比表面积和乙炔黑的强吸附能力加快了同型半胱氨酸在修饰电极上的电子转移速率。此外，aunps/ab-dhp膜在电极表面呈现三维疏松多孔的网状结构，电活性位点较多，相比于单独的aunps或ab-dhp，更利于提高同型半胱氨酸的电化学响应。
[0084]
3.3循环伏安法测定电极的有效面积
[0085]
以fe(cn)
63-/fe(cn)
64-为探针，对实施例1中制备得到的aunps/ab-dhp/gce的有效表面积进行了测定。具体的，将aunps/ab-dhp/gce置于含有1mol/l kcl的5mmol/l k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液中，于-0.2v-0.8v电位范围内，在不同扫描速率下进行循环伏安扫描，所得实验图以及i
pc
与v
1/2
的线性关系如图6所示，图6中a为循环伏安扫描图、b为i
pc
与v
1/2
的线性关系。
[0086]
根据randles
–
sevcik公式：i
p
＝(2.69
×
105)
×n3/2 v
1/2 d
1/2
ac，公式中n为电子转移数，对于fe(cn)
63-/fe(cn)
64-探针，其值为1；d为fe(cn)
63-/fe(cn)
64-在溶液中的扩散系数，其值为7.63
×
10-6
cm2/s；c为fe(cn)
63-/fe(cn)
64-的浓度,其值为5.0mol/cm3，结合本体系中i
p
与v
1/2
的线性方程i
p
＝539.99v
1/2-3.43,r＝0.999，即可计算出aunps/ab-dhp/gce的有效表面积a为0.145cm2，较之裸gce(直径为3mm的圆盘电极)的表面积0.07cm2，增加了约1.1倍，充分证明了aunps/ab-dhp纳米复合膜在gce表面的修饰，可有效增加电极表面积，从而有利于增强同型半胱氨酸在传感界面的富集，为传感器的高灵敏度提供保障。
[0087]
3.4aunps/ab-dhp膜对同型半胱氨酸的电催化机理
[0088]
为了研究aunps/ab-dhp复合膜对同型半胱氨酸的电催化作用机理，采用计时电量法对相同浓度的同型半胱氨酸在实施例1中裸gce、aunps/ab-dhp/gce上的电化学行为进行了研究。具体的，按照上述检测方法，采用三电极体系，以裸gce、aunps/ab-dhp/gce作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，检测底液为含有200μmol/l hcysh的0.15mol/l的磷酸盐缓冲溶液(ph＝6.0)。
[0089]
具体的，裸gce和aunps/ab-dhp/gce，电量q与时间t之间的线性关系如图7a所示，裸gce和aunps/ab-dhp/gce，电量q与时间的平方根(t
1/2
)之间的线性关系如图7b所示。
[0090]
对于裸gce，q与t1/2的线性关系为：q(μc)＝5.72
×
10-3t1/2(s1/2)-4.16
×
10-3,r＝0.99，根据cottrell方程，可以计算出同型半胱氨酸在裸gce上的扩散系数为：d＝1.37
×
10-17cm2/s，吸附量为：6.07
×
10-13mol/cm2；对于aunps/ab-dhp/gce，q与t1/2的线性关系为：q(μc)＝39.53t1/2(s1/2)-1.99,r＝0.99，根据cottrell方程，可以计算出同型半胱氨酸在aunps/ab-dhp/gce上的扩散系数为：d＝6.53
×
10-10cm2/s，吸附量为：2.90
×
10-10mol/cm2。显然，aunps和ab-dhp的协同作用提高了同型半胱氨酸的扩散系数和吸附量，促进了同型半胱氨酸的富集。
[0091]
3.5电化学交流阻抗表征
[0092]
通过电化学交流阻抗谱(eis)对电极处理前后的界面特性进行表征，结果如图8所
示。图8中显示了实施例1中裸gce(图8中曲线a)、实施例1中ab-dhp/gce(图8中曲线b)、实施例1中aunps/ab-dhp/gce(图8中曲线c)在含有1mol/l kcl的5mmol/l k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液中的eis图。
[0093]
从图8中可以看出，裸gce的半圆半径较大(曲线a)，说明[fe(cn)6]
3-/4-在电极反应过程中电子转移电阻较大。用ab-dhp修饰裸gce后，半圆半径有所减小，说明[fe(cn)6]
3-/4-在电极反应过程中电子转移电阻有所降低(曲线b)，这表明ab-dhp的孔洞结构为[fe(cn)6]
3-/4-在电极表面的反应提供了许多活性位点。在此基础上，修饰aunps后，获得较低的电阻(曲线c)，这表明aunps是极好的导电材料，可加速电子转移。这些可以完全证实所提出的生物医学传感器设计的成功。
[0094]
3.6扫描速率对同型半胱氨酸电化学响应的影响
[0095]
图9为不同扫描速率下(从内向外扫描速率相继为20，40，60，80，100，120mv/s)，含有200μmol/l hcysh在实施例1中aunps/ab-dhp/gce电极上的线性扫描伏安图(底液为0.15mol/l ph＝6.0的磷酸盐缓冲溶液)；具体的，图9中a为线性扫描伏安图、b为hcysh的i
p
与v之间的线性关系、c为hcysh的e
p
与lnv之间的线性关系图。
[0096]
为考察同型半胱氨酸在aunps/ab-dhp/gce电极表面发生化学反应的动力学过程，考察了aunps/ab-dhp/gce在含有200μmol/l hcysh的0.15mol/l pbs(ph 6.0)溶液中的线性扫描伏安(lsv)响应。从20到120mv/s，hcysh的i
p
和v关系密切：i
p
＝0.53v-0.99,r＝0.97，显然呈线性正相关。故hcysh在aunps/ab-dhp/gce上发生受吸附控制的电化学反应。此外，低正电荷的氧化峰随着扫描速率的增加向高正电荷方向移动，这是一种不可逆的电化学行为。可根据laviron理论，得电子转移数为1.4≈1，故hcysh在aunps/ab-dhp/gce电极上的氧化反应伴随着一电子转移。
[0097]
3.7底液ph值对同型半胱氨酸电化学响应的影响
[0098]
在不同ph的0.15mol/l pbs缓冲溶液中，用实施例1中aunps/ab-dhp/gce监测200μmol/l hcysh的差分脉冲伏安曲线，结果如图10所示。
[0099]
溶液的ph值一方面直接影响待测物在溶液中的解离状态，另一方面影响复合膜修饰电极表面的电荷状态，这些均明显影响待测物的电化学响应，因此十分有必要对检测底液的ph值进行优化。从图10中可以看出，ph为6.0时，hcysh在aunps/ab-dhp/gce上的电化学响应信号最强。因此，pbs的最佳ph为6.0。另外，hcysh的e
p
随ph变化呈线性负相关：e
p
＝0.79-0.063ph,r＝0.94，表明hcysh在aunps/ab-dhp/gce上的电化学反应转移了一个电子，与此同时，有一质子介入。推测其反应机理如下：
[0100]
第一步：hcysh与电极材料中的aunps结合：aunps+hcysh
→
hcys-aunps+h
+
+e-；
[0101]
第二步：在酸性溶液中：hcys-aunps+h
+
→
(hcys-aunps)h
+
；
[0102]
第三步：向更负电位扫描时：(hcys-aunps)h
+
+e-→
hcysh+aunps。
[0103]
3.8同型半胱氨酸电化学传感器性能考察
[0104]
3.8.1线性范围的考察
[0105]
在不断搅拌的含有0.1mol/l血清的0.15mol/l pbs(ph 6.0)溶液中进行安培交流(i-t)检测，以考察实施例1中aunps/ab-dhp/gce对hcysh的生物医学传感作用，结果如图11所示。
[0106]
具体的，图11中显示了不同浓度同型半胱氨酸在aunps/ab-dhp/gce上的安培响应
图，以及hcysh的ip与其c之间的线性关系图(内插图)。其中，工作电位为0.6v，底液为含有0.1mol/l血清的0.15mol/l ph＝6.0的pbs缓冲溶液。
[0107]
从图11中可以看出，线性范围为3～1000μmol/l，该电极能在较短的时间内(3s)产生hcysh浓度信号，检出限为0.01μmol/l，灵敏度为18na/(μmol/l)。
[0108]
3.8.2抗干扰能力，稳定性及重现性
[0109]
借助于时间-电流响应法，在0.15mol/l含有200μmol/l hcysh的pbs(ph 6.0)溶液中，考察实施例1中制备的同型半胱氨酸生物医学传感器aunps/ab-dhp/gce的抗干扰能力。结果如表1所示，10倍的na
+
，200倍的k
+
，mg
2+
，40倍的ca
2+
，0.4倍的多巴胺、尿酸，0.3倍的抗坏血酸对50μmol/l hcysh的检测几乎没有影响。说明该传感器对无机离子和生物小分子的抗干扰能力有较大差异。
[0110]
表1-无机离子及生物小分子对hcysh峰电流的影响
[0111]
干扰物浓度(μmol/l)所引起误差(％)na
+
500-4.72k
+
10000-4.99ca
2+
2000-4.28cl-20000-4.13mg
2+
10000-4.13抗坏血酸153.5尿酸204.7多巴胺202.81
[0112]
借助于差分脉冲伏安法，考察了该同型半胱氨酸生物医学传感器的部分性能。将实施例1中制备的同型半胱氨酸生物医学传感器aunps/ab-dhp/gce放置7天后再进行平行测定，此时检测信号是初始信号的93.6％。说明该传感器较稳定。在所选定的最佳条件下，用8支不同的aunps/ab-dhp/gce在含有200μmol/l hcysh的0.15mol/l pbs(ph 6.0)溶液中平行进行8次测定，相对标准偏差为3.5％。用单支aunps/ab-dhp/gce对200μmol/l hcysh平行测定8次，其相对标准偏差为6.4％。证明同型半胱氨酸生物医学传感器是可重复的。
[0113]
3.8.3人血清样品中同型半胱氨酸的检测
[0114]
借助于标准添加技术测定人血清样品(购买自南京信帆生物技术有限公司)中的同型半胱氨酸的浓度，来检验aunps/ab-dhp/gce的实际应用能力。结果如表2所示，在含有0.1mol/l血清的0.15mol/l pbs(ph 6.0)溶液中，六次测定的回收率为92.9％～107.6％，平均回收率为98.3％。显示了血清样品中，此同型半胱氨酸生物医学传感器对hcysh的加标回收率较好。
[0115]
表2-回收率实验结果
[0116][0117]
综上所述，本技术结合简单的电化学沉积法和滴涂法制备了aunps/ab-dhp/gce，构建了同型半胱氨酸生物医学传感界面。电化学技术表征表明，金纳米颗粒的高导电率以及乙炔黑的高孔隙率对于提高复合材料对同型半胱氨酸的电催化性能具有重要意义；对aunps/ab-dhp纳米复合膜进行了sem和eds表征，对同型半胱氨酸在传感界面上的反应机理进行了探讨。结果显示，该传感器成本低，检测限低、稳定性好。此外，血清样品中同型半胱氨酸的加标回收率较好，对于生物体系中同型半胱氨酸的可靠测定和同型半胱氨酸相关疾病的研究提供了潜在的应用价值。
[0118]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳纳米材料、双十六烷基磷酸加入水中通过超声制得分散液；将分散液滴加至玻碳电极表面，烤干，得到碳纳米材料修饰电极；将碳纳米材料修饰电极置于金盐水溶液中，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面，即得同型半胱氨酸电化学传感器。2.如权利要求1所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述碳纳米材料包括乙炔黑、碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯中的至少一种。3.如权利要求1所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述金盐水溶液包括haucl4水溶液、naaucl4·
2h2o水溶液中的一种。4.如权利要求1所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，将碳纳米材料、双十六烷基磷酸加入至水中得到分散液的步骤中碳纳米材料、双十六烷基磷酸和水的质量体积比为(2～6)mg:(2～6)mg:(2～6)ml。5.如权利要求1所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述金盐水溶液的浓度为3～7mmol/l。6.如权利要求1所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面所控制的电化学参数为：以80～120mv/s的扫描速率，在-1.5～0v的电位范围内，循环扫描5～35圈。7.如权利要求1所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，将分散液滴加至玻碳电极表面之前还包括对玻碳电极进行预处理，所述预处理具体为：使用抛光布对玻碳电极进行抛光打磨；再将抛光打磨后的玻碳电极依次使用体积比为1:1的硝酸水溶液、无水乙醇和超纯水进行超声清洗，即完成玻碳电极的预处理。8.如权利要求1所述的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，其特征在于，将2～10μl分散液滴加至玻碳电极表面。9.一种同型半胱氨酸电化学传感器，其特征在于，采用如权利要求1～8任一所述的制备方法制备得到。10.一种如权利要求1～8任一所述的制备方法制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器或权利要求9所述的同型半胱氨酸电化学传感器在检测同型半胱氨酸浓度中的应用。

技术总结
本发明提供了一种同型半胱氨酸电化学传感器及其制备方法和应用。本发明的同型半胱氨酸电化学传感器的制备方法，通过将含有碳纳米材料的分散液滴加至玻碳电极表面，烤干，得到碳纳米材料修饰电极；再将碳纳米材料修饰电极置于金盐水溶液中，采用电沉积法使纳米金沉积在碳纳米材料修饰电极表面，即得同型半胱氨酸电化学传感器；金纳米颗粒的高导电率对于提高复合材料对同型半胱氨酸的电催化性能具有重要意义。本申请制备得到的同型半胱氨酸电化学传感器成本低，检测限低、稳定性好。此外，血清样品中同型半胱氨酸的加标回收率较好，对于生物体系中同型半胱氨酸的可靠测定和同型半胱氨酸相关疾病的研究提供了潜在的应用价值。氨酸相关疾病的研究提供了潜在的应用价值。氨酸相关疾病的研究提供了潜在的应用价值。


技术研发人员：郑冬云 张靖芳 朱春楠 刘超 刘晓军
受保护的技术使用者：中南民族大学
技术研发日：2022.08.05
技术公布日：2023/7/20