基于g-C_3N_4-Et...P-ECL传感器检测多巴胺_顾雄文.pdf

第52卷 第1期2 0 2 3年 2月Vol.52，No.1Feb.，2 0 2 3上海师范大学学报（自然科学版）Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences）基于g-C3N4-Et3N体系的双电位比率MIP-ECL传感器检测多巴胺顾雄文1，王彦2，杨敏丽1*（1.上海师范大学 化学材料与科学学院，上海 200234；2.林州市临淇镇第二初级中学，河南 林州 456550）摘 要：石墨相氮化碳纳米薄片（g-C3N4NSs）是一种优良的电化学发光（ECL）材料，在三乙胺（Et3N）为共反应剂时，阳极和阴极都能产生ECL信号，而多巴胺（DA）对其阳极信号产生猝灭作用，但不影响阴极信号.利用这一特点，结合分子印迹聚合物（MIP）技术，构建了一种检测DA的双电位比率MIP-ECL传感器.首先将掺杂有多壁碳纳米管（MWCNTs）的g-C3N4NSs固定在玻碳电极（GCE）上，然后以DA作为模板分子，邻苯二胺（O-PD）作为功能化单体，通过电化学聚合法引入MIP膜，洗脱模板分子后的传感器对DA具有特异性识别能力，利用DA对传感器阴阳极信号不同的影响作用，实现了对DA的高选择灵敏检测.传感器对DA的线性响应范围为1.010-103.010-7 mol L-1，检出限（LOD）为0.063 nmol L-1（信噪比S/N为3），与非比率法相比，比率法的重现性得到了明显提高.关键词：双电位比率法；电化学发光（ECL）；石墨相氮化碳纳米薄片（g-C3N4NSs）；分子印迹聚合物（MIP）；多巴胺（DA）中图分类号：O 657.1 文献标志码：A 文章编号：1000-5137（2023）01-0030-08A dual-potential ratiometric MIP-ECL sensor for detection of dopamine based on g-C3N4-Et3N systemGU Xiongwen1，WANG Yan2，YANG Minli1*（1.College of Chemistry and Materials Science，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China；2.Linzhou City Linqi Second Junior Middle School，Linzhou 456550，Henan，China）Abstract：Graphite phase carbon nitride nanosheets（g-C3N4NSs）are an excellent electrochemiluminescence（ECL）material，DOI：10.3969/J.ISSN.1000-5137.2023.01.005收稿日期：2022-07-15基金项目：上海师范大学“仪器分析”课程教学团队建设项目（304-AC9103-21-368011523）作者简介：顾雄文（1992），男，硕士研究生，主要从事电化学发光传感器方面的研究.E-mail：*通信作者：杨敏丽（1965），女，教授，主要从事生物传感器及电化学发光分析方面的研究.E-mail：yml_引用格式：顾雄文，王彦，杨敏丽.基于gC3N4Et3N体系的双电位比率MIPECL传感器检测多巴胺 J.上海师范大学学报（自然科学版），2023，52（1）：3037.Citation format：GU X W，WANG Y，YANG M L.A dual-potential ratiometric MIP ECL sensor for detection of dopamine based on gC3N4Et3N system J.Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences），2023，52（1）：3037.第1期顾雄文，王彦，杨敏丽：基于g-C3N4-Et3N体系的双电位比率MIP-ECL传感器检测多巴胺which can produce ECL signals in both the anode and cathode when triethylamine（Et3N）is used as a co-reaction reagent.It is interesting that the presence of dopamine（DA）quenches the anode signal，but has no effect on the cathode signal.This phenomenon inspired us to build a dual-potential ratiometric ECL biosensor combined with molecularly imprinted polymer（MIP）for the detection of DA.The nanocomposites of g-C3N4NSs and multi-walled carbon nanotubes（MWCNTs）were immobilized on the surface of glassy carbon electrode（GCE）and then a molecularly imprinted film was introduced by electrochemical polymerization of O-phenylenediamine（O-PD）in the presence of DA.The cavities formed after eluting DA were used for specific recognization of DA.The sensitive and selective detection of DA was realized by taking advantage of the different effects of DA on the anode and cathode signals of the sensor.The sensor has a linear response to the DA concentration in a range from 1.010-10 to 3.010-7 mol L-1 with a low detection limit（LOD）of 0.063 nmol L-1（signal to noise ratio S/N=3）.The reproducibility and accuracy of this ratio method are greatly improved，compared with the non-ratio method.Key words：dual-potential ratiometric detection；electrochemiluminescence（ECL）；carbon nitride nanosheets（g-C3N4NSs）；molecular imprinted polymer（MIP）；dopamine（DA）0 引 言 多巴胺（DA）是一种由大脑分泌的儿茶酚胺类神经递质物质1，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质.若DA水平偏低，则会引发一些神经疾病，如精神分裂症、亨廷顿病和帕金森病2，DA水平偏高会导致精神兴奋和血压升高.因此，DA含量的检测对于这些疾病的诊断、监测、预防和治疗具有非常重要的意义.目前，检测 DA 的方法包括荧光法（FL）3、化学发光法4、电化学发光法（ECL）5、差分脉冲伏安法（DPV）6、循环伏安法（CV）7等.然而，它们大多存在一些缺陷，如成本高、耗时长、预处理繁琐、易受仪器和环境干扰等.双电位比率ECL法是利用发光物质在不同电位下，发光信号的比值与待测物质含量之间的关系来进行定量分析的一种方法8-9.相比于传统的单信号检测技术，比率检测技术能够矫正因电极、仪器和环境变化带来的影响，从而提高检测结果的准确度.分子印迹聚合技术是以目标分子作为模板，通过聚合反应，合成分子印迹聚合物（MIP）10-12.除去膜板分子后留下形状、大小与目标分子互补的三维空腔结构，这些三维空腔可以高选择性地结合目标分子，从而实现对目标分析物的高选择性检测13-14.将比率ECL发光与高选择性的MIP相结合，不仅可以改善灵敏度和选择性，还可以避免环境干扰，提高检测准确度.石墨相氮化碳纳米薄片（g-C3N4NSs）具有优良的ECL性能，在阴阳两极都能产生ECL信号，而DA可以极大猝灭其阳极信号，而阴极信号不变.依据这个原理，结合MIP技术，构建了一种MIP-ECL传感器，实现了对 DA 的高灵敏、高选择的准确检测.实验中，在 g-C3N4NSs 材料中加入多壁碳纳米管（MWCNTs），将其混合后固定在电极上，再引入MIP.MWCNTs的加入提高了g-C3N4NSs的发光强度和稳定性，MIP对DA的特异性识别排除了其他共存物质的干扰，改善了选择性，比率法检测矫正了仪器和环境变化带来的影响，提高了检测结果的准确度.值得注意的是，这种双电位比率法只需要一个ECL物质，相比于那些由两个发光物质构成的体系，这个单一物质的体系更简单，干扰更少.1 实验部分 1.1实验试剂三聚氰胺（C3H6N6）、三乙胺（Et3N）、DA、邻苯二胺（O-PD）均购于上海 Aladdin 公司；磷酸二氢钾（KH2PO4）、磷酸氢二钾（K2HPO4）、无水乙醇、盐酸（HCl）均购于国药集团化学试剂有限公司；MWCNTs购于河南濮阳永新科技有限公司；氯化钾（KCl）购于上海润捷股份有限公司.所有药品均是分析纯级，溶312023年上海师范大学学报（自然科学版）J.Shanghai Normal Univ.（Nat.Sci.）液以去离子水配制.1.2实验仪器ECL分析系统，西安瑞迈分析仪器责任有限公司，MPI-A/B；电化学工作站，上海辰华仪器有限公司，660E；数字化pH计，上海洛奇特电子设备有限公司，PHS-25；马弗炉，上海慧泰仪器制造有限公司，PRD-C3000；数控超声波清洗仪，昆山市超声仪器有限公司，KQ-100DE；恒温干燥箱，上海跃进医疗器械厂，GZX-DH-X；离心机，上海安亭科学仪器厂，TGL-16C；恒温磁力搅拌器，上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司，95-I；透射电子显微镜（TEM），日本电子公司，JEOL 2100；X射线光电子能谱（XPS），美国PE公司，ULVCA-PHI；恒温干燥箱，上海跃进医疗器械厂，GZX-DH-X.三电极工作系统：以玻碳电极（GCE）为工作电极，银/氯化银（Ag/AgCl）电极（饱和KCl溶液）为参比电极，铂（Pt）丝为对电极.1.3g-C3N4NSs的合成g-C3N4NSs是先合成体相氮化碳（g-C3N4），再经过酸化剥离而得到15.具体方法为：1）称7.5 g C3H6N6固体放入坩埚，马弗炉600 灼烧3 h，取出后自然降温，得到淡黄色g-C3N4固体，研磨，备用；2）取2.0 g合成好的g-C3N4固体粉末，加入100 mL浓HCl，搅拌6 h，用蒸馏水抽滤洗涤至pH=7.0，收集产物，烘箱60 干燥4 h；3）取50 mg产物，加50 mL超纯水，超声2 h，5 000 r min-1离心6 min，去除未剥离的块状g-C3N4，取上层白色溶液，烘干即得g-C3N4NSs，使用时，分散为质量浓度为1.0 mg mL-1的溶液.1.4g-C3N4NSs/MWCNTs复合物的制备1）制备羧基化的MWCNTs：取1.25 g MWCNTs与12 mL混酸（即98%H2SO4（质量分数）和65%HNO3（质量分数）以体积比为3 1的比例混合）混合，60 搅拌3 h，自然冷却至室温，用超纯水洗涤至pH=7，50 真空干燥 12 h，得羧基