多巴胺检测装置以及多巴胺检测电极的制作方法
阅读说明：本技术 多巴胺检测装置以及多巴胺检测电极的制作方法 (Dopamine detection device and manufacturing method of dopamine detection electrode ) 是由 詹义强 努曼·阿尔希德 秦亚杰 胡来归 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多巴胺检测装置,玻璃碳电极的表面采用还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料进行修饰。本发明提供了一种多巴胺检测电极的制作方法,包括如下步骤：合成氧化石墨烯；制备还原性氧化石墨烯-Co3O4复合材料；将金属纳米颗粒沉积在还原性氧化石墨烯-Co3O4复合材料上,获得还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料；抛光玻璃碳电极表面；将还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料修饰于玻璃碳电极表面。提出rGO、-Co-(3)O-(4)和金属的三元纳米复合材料可以作为玻璃碳和丝网印刷电极改性的连贯平台。rGO可以为-Co-(3)O-(4)纳米粒子提供支撑和导电平台。rGO基本计划上的官能团将有助于提高在极性溶剂中的选择性和分散性。-Co-(3)O-(4)将作为DA氧化的催化剂,而贵金属将通过促进电荷转移来催化氧化。(The invention provides a dopamine detection device.A surface of a glassy carbon electrode is modified by adopting a reducing graphene oxide-Co 3O 4-metal nano composite material. The invention provides a manufacturing method of a dopamine detection electrode, which comprises the following steps: synthesizing graphene oxide; preparing a reducing graphene oxide-Co 3O4 composite material; depositing metal nanoparticles on the reductive graphene oxide-Co 3O4 composite material to obtain a reductive graphene oxide-Co 3O 4-metal nanocomposite material; polishing the surface of the glassy carbon electrode; and modifying the reducing graphene oxide-Co 3O 4-metal nano composite material on the surface of the glassy carbon electrode. Providing rGO, -Co 3 O 4 And of metalsThe ternary nanocomposite can be used as a coherent platform for glassy carbon and screen printing electrode modification. rGO can be-Co 3 O 4 The nanoparticles provide a supporting and conductive platform. The basic intended functionality of rGO will help to improve selectivity and dispersibility in polar solvents. -Co 3 O 4 Will act as a catalyst for the oxidation of DA, while the noble metal will catalyze the oxidation by promoting charge transfer.)
技术领域
本发明涉及电化学检测领域，尤其涉及一种多巴胺检测装置以及多巴胺检测电极的制作方法。
背景技术
多巴胺(DA)(3,4二羟基苯乙胺)是一种有机电化学神经递质，因其在维持生理功能和疾病发病机制方面的不可或缺的作用而受到各种神经递质的持续关注。它负责神经系统的正常运作，也被确定为多种疾病的临床生物标志物，例如帕金森病、精神分裂症和心血管疾病。因此，定期监测重要化学神经递质(如DA)的异常水平至关重要，因为它会反应整体健康情况。这也有助于筛选出许多神经障碍并不断监测心理健康。全面监测DA水平将有助于调整患者的治疗剂量。
神经疾病和DA水平与预先准确诊断密切相关。为了填补诊断和治疗的这一空白，迫切需要快速、有效、低成本的诊断工具，以引领人类医学中药物的最佳使用。最重要的是对多巴胺的准确检测，它可以通过最大限度地减少药物的过度使用或误用来指导开始正确的治疗。检测的速度和治疗的开始在疾病状况中都起着重要作用。例如，健康成人的血浆DA浓度范围为0.1nM，而头颈部副神经节瘤患者的血浆DA浓度范围高达6nM。在这种情况下，具有高灵敏度和选择性的传感DA对应用科学和基础科学都是不利的。
DA检测的常规分析方法是高精度液相色谱(HPLC)或酶联免疫吸附测定(ELISA)作为分析物分离工具，结合电化学或质谱、库仑法、荧光法作为检测技术。然而，早先报道的多巴胺测定方法有一些限制。这些技术需要大量的资金进行安装和仪器购买，训练专业人员并且耗时。传统的测定测试需要实验室处理时间，这通常会导致不必要时间延长。因此，为了避免这种经济负担并实现DA的快速检测，本发明提出了一种基于纳米材料的检测程序。它可以通过及时、快速和更准确的检测来帮助挽救患者的生命，最终减少治疗时间，最大限度地减少不必要的药物使用，并有助于更好地确定药方，包括选择的药物、剂量、持续时间等。
与基于微米级材料的其他生化方法相比，纳米材料可以在速度、特异性和灵敏度方面更具优势。因为纳米材料具有独特的电特性、易于功能化的表面和高表面积与体积比。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种多巴胺检测装置以及多巴胺检测电极的制作方法，可以在速度、特异性和灵敏度方面更具优势。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多巴胺检测装置，玻璃碳电极的表面采用还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料进行修饰。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多巴胺检测电极的制作方法，包括如下步骤：合成氧化石墨烯；制备还原性氧化石墨烯-Co3O4复合材料；将金属纳米颗粒沉积在还原性氧化石墨烯-Co3O4复合材料上，获得还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料；抛光玻璃碳电极表面；将还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料修饰于玻璃碳电极表面。
可选的，所述合成氧化石墨烯的步骤进一步是：将石墨烯用硫酸和磷酸的混合液清洗；用高锰酸钾溶液浸泡得到氧化石墨；将氧化石墨溶液进行超声处理以进行剥离，获得氧化石墨烯悬浮液；对氧化石墨烯悬浮液进行离心处理获得氧化石墨烯。
可选的，采用水热法制备还原性氧化石墨烯-Co3O4复合材料。
可选的，抛光玻璃碳电极表面采用氧化铝粉。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多巴胺检测电极的制作方法，包括如下步骤：合成氧化石墨烯；将Co3O4和金属的前体溶液与氧化石墨烯结合，获得还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料；抛光玻璃碳电极表面；将还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料修饰于玻璃碳电极表面。
可选的，所述合成氧化石墨烯的步骤进一步是：将石墨烯用硫酸和磷酸的混合液清洗；用高锰酸钾溶液浸泡得到氧化石墨；将氧化石墨溶液进行超声处理以进行剥离，获得氧化石墨烯悬浮液；对氧化石墨烯悬浮液进行离心处理获得氧化石墨烯。
可选的，采用水热法将Co3O4和金属的前体溶液与氧化石墨烯结合。
可选的，抛光玻璃碳电极表面采用氧化铝粉。
上述技术方案提出了一种传感器从实验室到市场的商业化能力和开发路径。一种新型的rGO--Co3O4-金属改性丝网印刷电极，用于DA的超选择性和超灵敏检测。由于rGO--Co3O44纳米立方体表现出优异的电化学性能和对DA的高亲和力以及用于特异性识别DA的合适配体。考虑到DA的检测，主要障碍是由于抗坏血酸(AA)的氧化电位而导致的选择性，而多巴胺(DA)彼此非常接近。这个问题可以通过使用基于GO/rGO的平台来解决。含氧官能团有助于DA的吸附(发生氧化)，而抗坏血酸(AA)由于静电力而被排斥，导致DA的纯电流响应。此外，这些官能团有助于rGO在极性溶剂中的分散。
然而，氧化钴(-Co3O4)具有独特的特性，例如大的表面积与体积比、快速的电子转移动力学、出色的生物相容性、优异的电催化活性，使其成为电化学传感的典型前景。-Co3O4具有脊状晶体结构，具有两个Co2+、两个Co3+和四个O2-，以及两个Co3+和四个O2-末端。-Co3O4晶体的这些不同极性位点以及高表面积体积比和独特的催化活性有助于检测电荷并在电极表面赋予快速的电荷转移动力学。然而，-Co3O4的较高带隙会阻碍电荷的传输。这个问题可以通过加入少量的贵金属(Pt、Pd、Au、Ag)来纠正，这可以为快速电荷传输提供扩展的通道。
基于上述讨论，上述技术方案提出rGO、-Co3O4和金属的三元纳米复合材料可以作为玻璃碳和丝网印刷电极改性的连贯平台。rGO可以为-Co3O4纳米粒子提供支撑和导电平台。rGO基本计划上的官能团将有助于提高在极性溶剂中的选择性和分散性。-Co3O4将作为DA氧化的催化剂，而贵金属将通过促进电荷转移来催化氧化。
附图说明
附图1所示是本发明一
具体实施方式
所述方法的实施步骤示意图，
附图2所示是本发明一具体实施方式所述方法中合成氧化石墨烯的具体流程图。
附图3所示是本发明一具体实施方式所述方法中制备涂层的具体流程图。
附图4所示是本发明一具体实施方式所述方法的实施步骤示意图，
附图5所示是本发明一具体实施方式所述方法中制备涂层的具体流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的一种多巴胺检测装置以及多巴胺检测电极的制作方法的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本发明一具体实施方式所述方法的实施步骤示意图，包括：步骤S10，合成氧化石墨烯；步骤S11，制备还原性氧化石墨烯-Co3O4复合材料；步骤S12，将金属纳米颗粒沉积在还原性氧化石墨烯--Co3O4复合材料上，获得还原性氧化石墨烯--Co3O4-金属纳米复合材料；步骤S13，抛光玻璃碳电极表面；步骤S14，将还原性氧化石墨烯--Co3O4-金属纳米复合材料修饰于玻璃碳电极表面。
参考步骤S10，合成氧化石墨烯，即本具体实施方式的第一阶段：氧化石墨烯(GO)的合成。合成路线将简化为Hummur法。稍后，该GO将用于制备rGO--Co3O4。对于GO的合成，石墨薄片将用于合成氧化石墨烯。简化的hummers方法将用于石墨烯的合成。硫酸和磷酸将用于氧化石墨，然后用高锰酸钾得到氧化石墨。搅拌三天后，将溶液加入冰中并进一步加入过氧化氢。然后将获得的材料用HCl和去离子水洗涤，以达到等于7的pH值。然后将获得的氧化石墨溶液进行超声处理以进行剥离，以获得氧化石墨烯悬浮液，并以4000rpm的速度离心一小段时间以去除体积较大的层。上述方法的具体流程图参见图2所示。
参考步骤S11，制备还原性氧化石墨烯--Co3O4复合材料。即本具体实施方式的第二阶段：rGO--Co3O4@金属纳米复合材料的制备。本阶段将采用一步水热法制备rGO--Co3O4@金属纳米复合材料。所使用的合成方案将是水热法。这种方法简单，可以商业化。优化的形态将通过调整pH值、反应时间和温度来制备。
参考步骤S12，将金属纳米颗粒沉积在还原性氧化石墨烯-Co3O4复合材料上，获得还原性氧化石墨烯--Co3O4-金属纳米复合材料。即本具体实施方式的第三阶段：合成[email protected]金属纳米复合材料。本具体实施方式采用两步合成路线。第一步，将制备第一个rGO--Co3O4纳米复合材料(在步骤S11中进行了优化)。第二步，使用水热法将金属纳米颗粒沉积在rGO--Co3O4纳米复合材料上。
上述方法制备完成的涂层，其结构和形态特征，包括成分、纯度和结构结晶度将通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和能量色散X射线光谱仪(EDX)进行分析。金属氧化物/硫化物纳米结构的形态和粒径将通过高分辨率确认透射电子显微镜(HRTEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)。对于表征合格的样品，可以进一步进行电极制作工艺。上述方法的具体流程图参见图3所示。
步骤S13，抛光玻璃碳电极表面。改性前，玻璃碳电极表面将用氧化铝粉(0.3和0.05μm)抛光。玻璃碳电极将用去离子(DI)水冲洗并在红外(IR)灯下干燥。等分的rGO--Co3O4@金属纳米复合材料在去离子水中用于修饰玻璃碳电极表面并进行后续的电化学研究。
步骤S14，将还原性氧化石墨烯--Co3O4-金属纳米复合材料修饰于玻璃碳电极表面。将制备好的样品滴铸成等分试样，将电极准备在清洁干燥的玻璃碳电极表面上。为了进一步的电化学研究，它将在红外灯下进一步干燥。
制作完成的电极，可以分析rGO--Co3O4@金属纳米复合材料对DA电化学传感的性能。玻璃碳电极的表面将用[email protected]纳米复合材料的墨水进行改性。LOD、灵敏度、选择性和线性范围等性能参数将通过差分脉冲伏安法(DPV)、计时电流法(CA)和电化学阻抗谱(EIS)确定。
对开发用于多巴胺检测的功能性生物传感器的研究越来越多，显示出此类设备对商业应用的重要性和强烈要求。尽管已经发表了各种关于使用电化学传感器检测多巴胺的报道，但商业市场仍然缺乏用于实际样品应用的产品。路径中存在一些挑战，例如理想的低检测限、高选择性、短分析、成本效率、进行检测的技能不要求以及用于现场监测目的的传感器的便携性。纳米材料在生物传感器中的集成在分析时间和生物传感方法的选择性方面取得了显着进步。考虑到用于传感器应用的纳米材料类型至关重要，因为大多数材料要么成本高，要么需要大量的合成过程。因此，从实验室工作台到最终用户的过程通常是漫长的。
本具体实施方式提出了一种基于集成纳米材料的简易、POC和高灵敏度电化学生物传感器的新模型，用于区分和检测DA。本具体实施方式制造一种新型多功能电化学纳米平台来检测DA，重点是早期检测DA，尤其是在缺乏有效医疗保健系统的国家。在该复合体系中，选择rGO--Co3O4-金属纳米复合电极作为捕获和检测平台，选择DA作为协同捕获和灭活单元，选择rGO--Co3O4-金属纳米复合材料作为灭活单元。为了构建平台，将开发丝网印刷电极。平台技术将区分分子目标和替代物，以实现精确定位。该策略将为基于rGO--Co3O4-金属纳米复合材料的电化学传感器在公共卫生中的使用开辟新的途径。
附图4所示是本发明又一具体实施方式所述方法的实施步骤示意图，包括：步骤S40，合成氧化石墨烯；步骤S41，将Co3O4和金属的前体溶液与氧化石墨烯结合，获得还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料；步骤S42，抛光玻璃碳电极表面；步骤S43，将还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料修饰于玻璃碳电极表面。
参考步骤S40，合成氧化石墨烯，即本具体实施方式的第一阶段：氧化石墨烯(GO)的合成。合成路线将简化为Hummur法。稍后，该GO将用于制备rGO--Co3O4。对于GO的合成，石墨薄片将用于合成氧化石墨烯。简化的hummers方法将用于石墨烯的合成。硫酸和磷酸将用于氧化石墨，然后用高锰酸钾得到氧化石墨。搅拌三天后，将溶液加入冰中并进一步加入过氧化氢。然后将获得的材料用HCl和去离子水洗涤，以达到等于7的pH值。然后将获得的氧化石墨溶液进行超声处理以进行剥离，以获得氧化石墨烯悬浮液，并以4000rpm的速度离心一小段时间以去除体积较大的层。上述方法的具体流程图参见图2所示。
参考步骤S41，将Co3O4和金属的前体溶液与氧化石墨烯结合，获得还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料。即本具体实施方式的第二阶段：rGO--Co3O4@金属纳米复合材料的制备。本阶段将采用一步水热法制备rGO--Co3O4@金属纳米复合材料。所使用的合成方案将是水热法。这种方法简单，可以商业化。优化的形态将通过调整pH值、反应时间和温度来制备。本具体实施方式采用单步合成路线。单步合成路线是-Co3O4和贵金属的前体溶液将与GO结合并进行水热的路线。
上述方法制备完成的涂层，其结构和形态特征，包括成分、纯度和结构结晶度将通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和能量色散X射线光谱仪(EDX)进行分析。金属氧化物/硫化物纳米结构的形态和粒径将通过高分辨率确认透射电子显微镜(HRTEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)。对于表征合格的样品，可以进一步进行电极制作工艺。上述方法的具体流程图参见图5所示。
步骤S42，抛光玻璃碳电极表面。改性前，玻璃碳电极表面将用氧化铝粉(0.3和0.05μm)抛光。玻璃碳电极将用去离子(DI)水冲洗并在红外(IR)灯下干燥。等分的rGO--Co3O4@金属纳米复合材料在去离子水中用于修饰玻璃碳电极表面并进行后续的电化学研究。
步骤S43，将还原性氧化石墨烯-Co3O4-金属纳米复合材料修饰于玻璃碳电极表面。将制备好的样品滴铸成等分试样，将电极准备在清洁干燥的玻璃碳电极表面上。为了进一步的电化学研究，它将在红外灯下进一步干燥。
制作完成的电极，可以分析rGO--Co3O4@金属纳米复合材料对DA电化学传感的性能。玻璃碳电极的表面将用rGO--Co3O4@metal纳米复合材料的墨水进行改性。LOD、灵敏度、选择性和线性范围等性能参数将通过差分脉冲伏安法(DPV)、计时电流法(CA)和电化学阻抗谱(EIS)确定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。