文|莫?dú)w克

編輯| 莫吉克

前言

開發(fā)一種可靠、靈敏、選擇性強(qiáng)的電物理方法來(lái)測(cè)量和分析5-HTP和5-HT具有重要意義。 此次，我們采用玻碳電極修飾的方法，結(jié)合導(dǎo)電聚合物和鉑碳納米纖維，實(shí)現(xiàn)了5-HTP和5-HT的同時(shí)測(cè)量。

該修飾電極具有良好的電物理性能和較高的靈敏度，可以快速、準(zhǔn)確地測(cè)定5-HTP和5-HT的含量。

實(shí)驗(yàn)材料計(jì)劃

我們需要準(zhǔn)備的材料有：血清素、一水硫酸肌酸、5-甲基吡啶-3-磷酸、尿酸（99%）、鹽酸多巴胺（98%）、L-抗壞血酸（99%）、吡咯-3-甲酸（≥96%）、高純氯酸鋰（99.99%）、無(wú)水碳酸鈉（99.5%）。

雖然使用超純水來(lái)制備堿液，但所用的納米材料是在實(shí)驗(yàn)室外制備的（鍍鉑碳納米纖維 - 20% w/w Pt 負(fù)載），并且將等離子體的儲(chǔ)備堿液通過溶解在中制備適當(dāng)?shù)?a href='/hangye/104.html' title='探秘石墨電極板與酚溶液濃度的差異：你所不知道的關(guān)鍵因素' target='_blank'>溶液。 0.1M 硫酸并儲(chǔ)存于 +4°C，乙酸鹽緩沖液由 0.1M/氨水 (99%) 配制。

根據(jù)提供的配方制備人工尿液，濾液由以下組分組成：1.1mM乳酸、2.0mM柚子酸、25mM氯化鈉、尿素、2.5mM硫酸鈣、90mM硫酸鈉、2.0mM硫酸鎂將10mM硝酸鈉、7.0mM醋酸二氫鉀、7.0mM醋酸二氫鉀、25mM硫酸銨全部溶解于水底，加入1.0M硫酸將濾液的pH調(diào)節(jié)至6.0。

所用的額外 Pt 改性碳納米纖維材料（Pt19.2/.8）是在實(shí)驗(yàn)室外合成的，這些碳納米纖維根據(jù)要求由公司在 1 次加工（AM-1）中進(jìn)行了銑削，并事先進(jìn)行了加工。為了對(duì) Pt 納米粒子進(jìn)行改性，納米纖維用前體六氯鉑酸 (6H2O)、硫酸 (H2O)、硝酸 (HNO3)、乙二醇、氫氧化鉀和 (5% 堿液與低級(jí)脂肪醇和水混合) 進(jìn)行功能化。

在該溫度下，使用.的電物理工作站920，使用醋酸鹽緩沖氨(pH 7.4)和傳統(tǒng)三電極電池(5mL)，進(jìn)行溶出模式方波伏安檢測(cè)，修飾玻碳電極(半徑3mm)作為工作電極電極、鉑絲和標(biāo)準(zhǔn)Ag/AgCl電極（含）分別作為對(duì)電極和參比電極。 將粉末研磨，用乙酸和蒸餾水超聲處理，并在溫度下干燥。

使用配備 SLR 794 的 在 下運(yùn)行的透射電子顯微鏡 (TEM) 和使用 JEOL 在 下運(yùn)行的暗場(chǎng)掃描 TEM (DF-STEM) 來(lái)表征 Pt19.2/f-.8 的表面形態(tài)和分布。操作配備單反。

在TEM檢測(cè)中，將樣品漂浮在異戊烷中，超聲處理，滴在銅網(wǎng)上，并在30℃下干燥過夜。 通過EDS進(jìn)行元素分析。 在不同的放大倍數(shù)和加速電流下進(jìn)行觀察[30]，我們的研究工作中描述了 SEM/TEM、EDS/EDX、TGA/DTG、XRD、XPS 和電物理特性的詳細(xì)信息。

對(duì)f-CNF碳納米纖維（CNFs）進(jìn)行功能化，以實(shí)現(xiàn)Pt的高效分散和裝飾，并將粉碎后的納米纖維在濃硝酸/硫酸銨（3:1，酸堿溶液用蒸餾水稀釋至）中超聲處理2小時(shí)和過夜過濾并用蒸餾水沖洗以除去殘留的催化劑和碳雜質(zhì)。 重復(fù)超聲處理，但在濃酸混合物中超聲處理 30 分鐘。

然后用蒸餾水稀釋(3x，v/v)酸混合物，再次超聲處理1.5小時(shí)，氨水過夜，稀釋，過濾并用足夠的蒸餾水沖洗至中性pH，然后在90°C真空干燥13小時(shí)，功能化的碳納米纖維被標(biāo)記為f-CNF。

重要的是，玻碳電極使用 1.0、0.3 和 0.05 μm SiC 粉末進(jìn)行拋光，在拋光墊上拋光，并在乙腈和甲醇中進(jìn)行超聲處理，用去離子水沖洗，并在一定溫度下加熱。用氫氣干燥后，將電極暴露于1M 氯化鈉去除任何沉積物并用雙分餾水洗滌幾次。 合成材料懸浮液的制備如下：將Pt/f-CNF漂浮在水-異丁烷混合物（3:1）中，估計(jì)漂浮液中加入適量的1%?堿液，并進(jìn)行超聲波處理（進(jìn)行20分鐘）以實(shí)現(xiàn)均勻分散。

Pt/f-CNF/GCE 電極上的電物理聚合

在 Pt/f-CNF 修飾的玻碳電極上，使用 0.0V 和 +1.25V 之間的電位循環(huán)（20 個(gè)循環(huán)），掃描速率為 20mV/s，在富含 20. 的 0.1M 和 0.1M 單體中進(jìn)行電物理聚合氨基-3-羧酸(P3CA)在氨水中進(jìn)行，在0..Ag/AgCl下引起不可逆波，之后，生成的p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE電極用去離子水并在一定溫度下保存。

電極表面修飾后，通過脈沖伏安法進(jìn)行信號(hào)分析和識(shí)別，其中包括在未攪拌的氨水中以0.4 V電勢(shì)積累120 s，然后從-0.2 V到0.8 V進(jìn)行陽(yáng)極掃描，同時(shí)疊加20Hz方波，脈沖幅度為5mV。 提前研究了背景緩沖堿液，以確保電解質(zhì)沒有影響。 峰值電壓穿過背景并用作校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的分析信號(hào)（n=3）。

在研究中，我們構(gòu)建了一種物理合成方法，以實(shí)現(xiàn)2.5nm鉑納米顆粒在開放式活性炭納米纖維上的高效分散和內(nèi)部/外部修飾。 為了進(jìn)一步增強(qiáng)神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)傳導(dǎo)并提供選擇性，我們將-3-乙酸在Pt19.2/f-.8玻碳電極上進(jìn)行電物理聚合，并表現(xiàn)出良好的粘附性和性能。

據(jù)我們所知，這是首次使用鉑改性納米復(fù)合材料對(duì)緩沖氨和人造尿中的 5-HT 和 5-HIAA 進(jìn)行靶向雙重定量，支持高表面積支撐聚合物的沉積。

透射電子顯微鏡（TEM）研究清楚地闡明了鉑納米顆粒在碳納米纖維上的分散、改性和規(guī)格，但這種納米顆粒均勻地分散并嵌入在碳納米纖維的壁和外表面中，通過TEM解剖，碳納米纖維的開口端可以清晰地識(shí)別出納米纖維，并且納米纖維具有大的空心和開口端，共同實(shí)現(xiàn)大量的暴露和反應(yīng)邊界，提供優(yōu)異的鉑納米顆粒分散和改性功效。

隨機(jī)選擇區(qū)域的粒徑分布圖否認(rèn)了平均粒徑為 2.4 nm、具有面心立方 (fcc) 結(jié)構(gòu)、Fm3m 空間群和 3.92 ? 晶胞參數(shù)的鉑納米粒子 [29]，通過暗法-場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡（DF-STEM）、粒度分布分析（PSD）、能量色散X射線光譜（EDS/EDX）、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱重分析（TGA）、X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）和電物理測(cè)試進(jìn)一步證實(shí)了改性納米纖維中鉑的身份和存在。

我們還了解到，通過合成過程的老化時(shí)間、溶劑系統(tǒng)和極性特征，前體鉑鹽溶液可以擴(kuò)散進(jìn)出納米纖維，毛細(xì)管作用可能有助于將前體溶液輸送到碳納米纖維。 在納米纖維的內(nèi)部形態(tài)方面，通過提供前體鹽溶液和碳納米纖維的老化時(shí)間進(jìn)一步改善。 合成過程中，pH 值保持在 10.5（通過添加 KOH），這進(jìn)一步改善了分散/裝飾性能，這歸因于吸附的甲基離子對(duì)納米顆粒的靜電穩(wěn)定。

納米纖維的開放端、活性內(nèi)壁的形態(tài)以及通過酸官能化活化的外壁能夠?qū)崿F(xiàn)納米顆粒的高效分散和最佳利用。 COO等官能團(tuán)（經(jīng)XPS分析證實(shí)，該復(fù)合物被認(rèn)為是納米顆粒的錨定位點(diǎn)。

Pt/f-CNF的上述特性使得該材料具有很強(qiáng)的金屬納米顆粒-納米纖維支撐相互作用，從而提高穩(wěn)定性并防止傳感應(yīng)用中金屬熔化等問題，Pt/f-CNF立即用于催化/電物理神經(jīng)物理測(cè)量， P3CA 電聚合薄膜的電沉積采用低固定金屬 (Pt) 負(fù)載量和減少的可用支撐表面積進(jìn)行。

在pH 7.2下，使用Pt/f-CNF修飾的玻碳電極通過循環(huán)伏安法測(cè)試5-HT，結(jié)果顯示在0.42 Vvs處出現(xiàn)陽(yáng)極峰。 繪制圖，并比較裸電極（GCE）和修飾電極（Pt/f-CNF/GCE）形成的相對(duì)信號(hào)硬度。 在0.5-100μM含量范圍內(nèi)，氧化電壓信號(hào)呈線性，但Pt/f-CNF/GCE CNF修飾的GCE電極無(wú)法分離5-HT和5-HIAA混合物的伏安信號(hào)，因此必須立即沉積 P3CA 電聚合膜才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分析物的分辨率。

玻碳電極方波溶出伏安法測(cè)定血清素

首先在 pH 7.2 的醋酸鹽緩沖堿溶液中，在聚合物改性的 Pt/f- 表面上評(píng)估了 10 μM 5-HT 的剝離峰值電壓 (ip) 對(duì)積累電位 (Eacc) 的依賴性，積累電位范圍為從 0.2 到 1.0 V，結(jié)果表明，在陰極方波伏安法（-0.2 到 0.8 V）中使用 0.4 V vs. Ag/AgCl 的累積電位時(shí)，峰值電壓值是最佳的。

立即在恒定Eacc=0.4V的條件下，考察不同積累時(shí)間下對(duì)5-HT（10μM）的伏安響應(yīng)，然后從-0.2至0.8V進(jìn)行方波伏安（SSWV）（步長(zhǎng)電位=5mV） ，頻率=20Hz，脈沖幅度為5mV），結(jié)果表明，在p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE電極表面，形成了5-HT分子的氧化峰（Ep=0.42V）分析信號(hào)，觀察到隨著累積時(shí)間的減少，氧化峰響應(yīng)逐漸下降，直至達(dá)到120秒并保持穩(wěn)定。 因此，選擇120秒作為最優(yōu)值，并在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中使用該累積時(shí)間。

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，在不攪拌的堿液中，在0.4 /AgCl電位下對(duì)5-HT進(jìn)行電物理氧化120 s，然后在Pt/f-CNF/GCE電極上進(jìn)行陽(yáng)極剝離法測(cè)量。通過波伏安法，在 +0./AgCl 下觀察到良好的響應(yīng)，對(duì)應(yīng)于 0.025–100 μM 范圍內(nèi)的 5-HT 氧化。

判定系數(shù)（R2）為0.965，檢驗(yàn)限（LOD）為10nM（定義為3σ/斜率；n=3），線性關(guān)系方程為Y=8.88（±0.27）X+5.78（±0.195） ，通過了和10μM含量的-HT分析物的5次響應(yīng)檢測(cè)，研究了信號(hào)的重現(xiàn)性，重復(fù)檢測(cè)6次。 在Pt/f-CNF修飾玻碳電極上，兩者含量的變異系數(shù)分別為3.8%和4.6%。

在相似的操作條件下，經(jīng)過 SSWV 處理的 p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE 電極產(chǎn)生的峰值電壓在 10 nM 至 100 μM 范圍內(nèi)逐漸降低，與沒有聚合物的數(shù)據(jù)相比，降低了 3 倍。信號(hào)減少，在 +0..Ag/AgCl 的較低電勢(shì)下有顯著響應(yīng)，對(duì)應(yīng)于該范圍內(nèi) 5-HT 的定量氧化。

相應(yīng)的校準(zhǔn)曲線如圖3b所示，結(jié)果呈線性關(guān)系。 方程為Y=15.28(±1.09)X+54.5(±1.49)，線性回歸系數(shù)為0.9852(n=3)，測(cè)定限值為0.1nM(S/N=3) 。

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，記錄了一系列含量下5-HIAA的SSWV曲線，觀察到峰值電壓隨著5-HIAA含量的降低而降低，在10nM范圍內(nèi)呈線性關(guān)系至100μM，回歸多項(xiàng)式為Y=22.8(±1.46)X+44.88(±1.75)，檢驗(yàn)限為1nM。

在p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE電極上，同時(shí)測(cè)量5-甲基吡啶-3-磷酸(5-HIAA)和5-羥色胺(5-HT)，然后施加0.4V的正電位。施加120秒，記錄方波曲線的消除，在約+0.17V和0.5Vvs.Ag/AgCl處觀察到兩個(gè)清晰的陽(yáng)極峰，但取得了良好的分離效果。

該傳感器在 10 nM 至 100 μM 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)檢測(cè)兩種分析物，并且對(duì)于同時(shí)測(cè)量 5-HT 和 5-HIAA，回歸多項(xiàng)式為 Y1=17.02X+27.78，其中 X 是 5-HT 和 5-HIAA 的對(duì)數(shù)。 HT含量（μM），Y為SSWV峰值電壓（μA），測(cè)定系數(shù)（R2）為0.9834，測(cè)量限（LOD）為10nM（定義為3σ/斜率，n=3），對(duì)于5- HIAA，回歸多項(xiàng)式為Y2= 9.038X+14.6778，其中X為5-HIAA含量的對(duì)數(shù)（μM），Y為SSWV峰值電壓（μA），決定系數(shù)（R2）為0.9384，極限測(cè)量值 (LOD) 為 20nM（定義為 3σ/斜率，n=3）。

在p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE雙系統(tǒng)中，Pt/f-CNF/GCE中5-HT的峰值電壓相對(duì)于5-HIAA有所增加，這可以通過單獨(dú)和混合校準(zhǔn)來(lái)確定曲線 在每種情況下，從斜率觀察到峰位置 ( ) 的陽(yáng)極移動(dòng)，表明吸附層的性質(zhì)相對(duì)于吸附層中單個(gè)分析物的積累發(fā)生了變化，使得氧化反應(yīng)相對(duì)更加困難。

根據(jù)所使用的 pH 值和分析物的 pKa，我們預(yù)計(jì) 5-HIAA 帶負(fù)電（乙酸官能團(tuán)），5-HT 帶正電（由于質(zhì)子化胺官能團(tuán)），因此，可能存在競(jìng)爭(zhēng)電荷發(fā)生靜電表面效應(yīng)，帶負(fù)電的5-HIAA可能被帶電的p(P3CA)層抵抗，而帶正電的5-HT可能被吸引到表面，使溶解和定量分析更容易。

研究了 50nM 5-HT 和 5-HIAA 在 pH 3.0-11.0 范圍內(nèi) pH 對(duì)傳感響應(yīng)的影響。 數(shù)據(jù)顯示信號(hào)沒有明顯變化。 因此，反應(yīng)對(duì) pH 值的變化不敏感。 掃描速度對(duì)-HT在修飾電極中響應(yīng)的影響，結(jié)果表明峰值電壓與掃描速度的平方根之間存在擴(kuò)散控制的線性關(guān)系。

總結(jié)

本研究借助玻碳電極改進(jìn)的電物理方法成功實(shí)現(xiàn)了5-HTP和5-HT的檢測(cè)。 通過使用Pt/f-CNF修飾電極和聚合物薄膜，同時(shí)測(cè)定這兩種化合物。 結(jié)果表明，修飾電極具有良好的電物理活性和穩(wěn)定性，在適當(dāng)?shù)碾娢幌聦?shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物的氧化反應(yīng)，并獲得清晰的峰值電壓響應(yīng)。

參考

[1]《金納米粒子和多壁碳納米管修飾玻碳電極上5-HTP和5-HT的電物理測(cè)量》

[2]《氧化石墨烯納米復(fù)合材料修飾玻碳電極伏安法測(cè)定5-HTP和5-HT》

[3]《利用導(dǎo)電聚合物修飾玻碳電極同時(shí)測(cè)定生物樣品中的5-HTP和5-HT》

【4】“多壁碳納米管修飾玻碳電極同時(shí)電物理測(cè)定5-羥基色氨酸谷氨酸和纖溶酶”

【5】“銀納米粒子和修飾玻碳電極上5-羥基色氨酸和纖溶酶的電物理測(cè)定”