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一種修飾玻碳電極的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Ru(bpy)32+-金納米粒子-DNA-二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極的制備方法，具體地，包括：玻碳電極的拋光；涂覆Ru(bpy)32+，制備Ru(bpy)32+修飾玻碳電極；涂覆金納米粒子，制備Ru(bpy)32+-金納米粒子修飾玻碳電極；涂覆單鏈DNA，制備Ru(bpy)32+-金納米粒子-DNA修飾玻碳電極，其中所述單鏈DNA序列富含堿基T，結(jié)合Hg2+后能互補(bǔ)形成穩(wěn)定的雙鏈DNA結(jié)構(gòu)，且所述單鏈DNA序列的5’末端連接有SH-(CH2)6基團(tuán)；涂覆二茂鐵功能化石墨烯，制備Ru(bpy)32+-金納米粒子-DNA-二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極。本發(fā)明制備的修飾玻碳電極可用于檢測水樣中汞離子含量，具有良好的電化學(xué)發(fā)光性能及優(yōu)異的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，靈敏度高，操作簡單方便。
【專利說明】一種修飾玻碳電極的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)發(fā)光領(lǐng)域，具體涉及一種Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]汞是一種廣泛分布于環(huán)境中的毒性金屬元素，是電池、采礦等行業(yè)常用的重金屬之一。汞可通過呼吸道、皮膚或消化道等不同途徑侵入人體，食物鏈對于汞有極強(qiáng)的富集能力，汞的毒性是積累的，以慢性為多見，以精神-神經(jīng)異常、齒齦炎、震顫為主要癥狀。因此，汞離子的定性檢測和定量分析對生命、環(huán)境和醫(yī)學(xué)科學(xué)以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等都具有重要的意義。
[0003]目前，水溶液中汞離子的檢測和定量分析的傳統(tǒng)方法有:分光光度法、原子吸收光譜、等離子發(fā)射光譜、冷原子熒光光譜、氣相色譜等，檢測原理是光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(PET)、分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)及化學(xué)反應(yīng)體系等，雖然這些方法的靈敏度很高，但是所需儀器設(shè)備和分析成本昂貴、操作繁雜，耗時長，不能滿足簡單快速檢測痕量汞的需求。新出現(xiàn)的生物傳感器法(酶抑制法)在檢測汞離子時，具有快速、簡便、成本低廉的優(yōu)勢，但是檢出限較高，線性響應(yīng)范圍窄。
[0004]電化學(xué)發(fā)光(Electrochemiluminescence, ECL)是化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)共同作用的結(jié)果，是指基態(tài)分子通過參與電化學(xué)反應(yīng)獲得能量后躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)再回到基態(tài)時發(fā)光的現(xiàn)象，具有檢測裝置簡單，靈敏度高，可控制反應(yīng)程度等優(yōu)點，但目前的電化學(xué)傳感器在檢測汞離子方面往往缺乏選擇性。DNA生物傳感器是將核酸作為分子識別及檢測層并與各種物理的、化學(xué)的換能器相結(jié)合而產(chǎn)生的一種可以在物質(zhì)分子水平上進(jìn)行快速檢測、監(jiān)控的微量分析技術(shù)。DNA生物傳感器在穩(wěn)定性、可重復(fù)性、快速性、便捷性、靈敏度等方面的優(yōu)點。將電化學(xué)方法應(yīng)用于DNA生物傳感器是近年來發(fā)展非常迅速的一個研究領(lǐng)域。生物大分子DNA與電化學(xué)轉(zhuǎn)換器(即電流型或電位型的電極)組合即可構(gòu)成DNA電化學(xué)生物傳感器。此類傳感器具有電極制作簡便、使用壽命長、重復(fù)性好、靈敏度高、成本低、能耗少、易攜帶、不破壞測試樣品、不受溶液顏色影響、易于實現(xiàn)微型化等諸多優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種快速靈敏檢測水樣中痕量汞離子的DNA電化學(xué)生物傳感器(即電極)的制備方法及其應(yīng)用。
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種修飾玻碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)對玻碳電極進(jìn)行預(yù)處理；
(2)三聯(lián)卩比唳釕(Ru(bpy) 32+)涂覆:將Ru (bpy) 32+涂覆到步驟(I)所述的預(yù)處理后的玻碳電極表面，形成Ru (bpy) 32+修飾玻碳電極；
(3)金納米粒子涂覆:將金納米粒子涂覆到步驟(2)得到的Ru(bpy) 32+修飾的玻碳電極表面，形成表面覆蓋有金納米粒子膜的Ru (bpy) 32+-金納米粒子修飾玻碳電極；
(4)DNA涂覆:將單鏈DNA涂覆到步驟(3)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子修飾玻碳電極表面，形成Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA修飾玻碳電極；
(5)二茂鐵功能化石墨烯涂覆:將二茂鐵功能化石墨烯涂覆到步驟(4)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA修飾玻碳電極表面，形成Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極；
其中，所述單鏈DNA序列富含堿基T，結(jié)合Hg2+后能互補(bǔ)形成穩(wěn)定的雙鏈DNA結(jié)構(gòu)，且所述單鏈DNA序列的5’末端連接有SH- (CH2) 6基團(tuán)。
[0007]在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(2 )所述的Ru (bpy) 32+涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(1)所述的預(yù)處理后的玻碳電極放入0.1~1.0禮仙0^7)32+和0.01~0.1MKNO3的混合溶液中，在以經(jīng)過預(yù)處理后的玻碳電極為工作電極的三電極體系中進(jìn)行恒電位掃描，其中，電壓為1.8~2.0V,掃描時間為5~IOmin ;取出電極后，用去離子水洗漆；室溫干燥。
[0008]在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(3)所述的金納米粒子涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(2)得到的Ru(bpy)32+修飾的玻碳電極放入0.01~0.1M氯金酸溶液中，在以Ru (bpy) 32+修飾玻碳電極為工作電極的三電極體系中，控制電位在-1.0~1.1V，用計時電流法電沉積5~20s ;取出電極后,用去尚子水洗漆；室溫干燥。
[0009]在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(4)所述的DNA涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(3)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子修飾玻碳電極浸入5~10 μ MDNA溶液中浸泡3~
3.5h ;然后，在I~5mM巰基乙醇溶液中處理45~60min ;用磷酸鹽緩沖液洗滌。
[0010]在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(5)所述的二茂鐵功能化石墨烯涂覆涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(4)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA修飾玻碳電極浸入I~2mg.mL—1 二茂鐵功能化石墨烯溶液中45~60 min ;用磷酸鹽緩沖液洗漆。
[0011]在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(1)所述的玻碳電極預(yù)處理通過以下方式進(jìn)行:將玻碳電極用a -Al2O3拋光粉拋光；用去離子水洗滌干凈；分別在去離子水和乙醇中超聲 IOmin0
[0012]另一方面，本發(fā)明還提供了利用本法的方法所制成的修飾玻碳電極在檢測水樣中萊尚子含量的應(yīng)用。
[0013]在本發(fā)明的一個具體實施例中，本發(fā)明的修飾玻碳電極在檢測水樣中汞離子的應(yīng)用包括以下步驟:
1)將Ru(bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極浸入待檢測水樣中25~35min,然后用磷酸鹽緩沖液清洗所述電極；
2)將Ru(bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極作為工作電極的三電極體系中，以0.05~0.1M三正丙胺溶液作為檢測液進(jìn)行電化學(xué)及電化學(xué)發(fā)光檢測。
[0014] 本發(fā)明在玻碳電極表面進(jìn)行Ru(bpy)32+和金納米粒修飾，又通過在修飾玻碳電極表面自組裝單鏈DNA和二茂鐵功能化石墨烯來構(gòu)建DNA電化學(xué)發(fā)光生物傳感器，即Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA-二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極。該DNA電化學(xué)發(fā)光生物傳感器利用單鏈DNA對石墨烯獨(dú)特的吸附來實現(xiàn)二茂鐵(Fe)對Ru (bpy) 32+電化學(xué)光學(xué)信號的淬滅，由于Hg2+能夠與單鏈DNA序列中的T-T堿基對發(fā)生特異性結(jié)合形成穩(wěn)定的T-Hg2+-T配合物結(jié)構(gòu)，從而使單鏈DNA發(fā)生構(gòu)象變化，形成穩(wěn)定的雙鏈結(jié)構(gòu)，不再吸附石墨烯，使得二茂鐵石墨烯從DNA鏈脫離，傳感器中Ru(bpy)32+電化學(xué)光學(xué)信號得以恢復(fù)，通過傳感器的電化學(xué)光學(xué)信號的淬滅和恢復(fù)，實現(xiàn)可視化檢測環(huán)境水質(zhì)中的痕量重金屬污染離子Hg2+。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計的DNA電化學(xué)發(fā)光生物傳感器具有如下優(yōu)點:1)具有較好的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性，對汞離子具有很高的選擇性；2)將石墨烯與金納米粒子修飾于電極表面，利用了石墨烯與金納米粒具有的優(yōu)良導(dǎo)電、高比表面積等特性，從而極大的增加了電極的靈敏度；3)操作簡單方便，能夠快速準(zhǔn)確檢測水樣中的痕量汞離子。因此，本發(fā)明設(shè)計的DNA電化學(xué)發(fā)光生物傳感器在檢測環(huán)境水質(zhì)中重金屬離子方面體現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的修飾玻碳電極用于檢測汞離子的的實驗原理圖。
[0016]圖2為一個實施例中不同玻碳電極的循環(huán)伏安圖。
[0017]圖3為本發(fā)明一個實施例的修飾玻碳電極在不同修飾階段的的電化學(xué)阻抗。
[0018]圖4顯示Hg2+濃度和結(jié)合時間對本發(fā)明實施例修飾玻碳電極的電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。
[0019]圖5顯示pH值和鹽濃度對本發(fā)明實施例修飾玻碳電極的電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。
[0020]圖6為本發(fā)明一個實施例的修飾玻碳電極在不同修飾階段的電化學(xué)發(fā)光信號。
[0021]圖7為本發(fā)明一個實施例的修飾玻碳電極檢測不同濃度Hg2+的電化學(xué)發(fā)光信號時，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與Hg2+濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。
[0022]圖8為本發(fā)明一個實施例的修飾玻碳電極抗干擾性測試圖。
【具體實施方式】
[0023]電化學(xué)發(fā)光檢測，是在化學(xué)發(fā)光的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的分析方法，是化學(xué)發(fā)光與電化學(xué)相互結(jié)合的產(chǎn)物，具有高靈敏度、高選擇性、易于實現(xiàn)連續(xù)自動分析等特點。Ru(bpy)32+由于具有良好的受激發(fā)特性，在電化學(xué)發(fā)光領(lǐng)域日益受到人們的重視。二茂鐵及其衍生物一直是配位結(jié)構(gòu)化學(xué)和無機(jī)光化學(xué)研究的重要對象，其特殊的結(jié)構(gòu)和對Ru (bpy) 32+等光敏劑的淬滅作用在基礎(chǔ)研究中具有重要意義。
[0024]納米金顆粒具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的生物兼容性，已廣泛用于DNA電化學(xué)生物傳感器中。金納米粒子在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用主要在兩個方面:一是改進(jìn)可分子識別物質(zhì)的固定化方法，提高固定量；二是提高電化學(xué)信號指示劑的靈敏度，從而DNA電化學(xué)生物傳感器的檢測靈敏度，縮短檢測時間和提高檢測通量。
[0025]石墨烯是單層碳原子緊密堆積形成的流放蜂巢晶格結(jié)構(gòu)的晶體，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)及化學(xué)性質(zhì)，使得其可以作為新型的傳感器材料。石墨烯可以通過J1-Ji堆積作用有效地吸附單鏈DNA,但是由于雙鏈DNA本身的剛性結(jié)構(gòu)和外兩側(cè)磷酸骨架的親水性不能有效地發(fā)生堆積作用，所以石墨烯不能有效地吸附雙鏈DNA。
[0026]本發(fā)明巧妙利用了上述物質(zhì)之間的相互作用關(guān)系，設(shè)計出一種能夠用于檢測汞離子的Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極,其檢測萊離子的原理如圖1所示。在沒有Hg2+時，單鏈DNA吸附石墨烯，從而實現(xiàn)二茂鐵對Ru (bpy) 32+電化學(xué)光學(xué)信號的淬滅；在存在Hg2+時，由于Hg2+能夠與單鏈DNA序列中的T-T堿基對發(fā)生特異性結(jié)合形成穩(wěn)定的T-Hg2+-T配合物結(jié)構(gòu)，從而使單鏈DNA發(fā)生構(gòu)象變化，形成穩(wěn)定的雙鏈結(jié)構(gòu)，不再吸附石墨烯，使得二茂鐵石墨烯從雙鏈DNA脫離，傳感器中Ru (bpy) 32+電化學(xué)光學(xué)信號得以恢復(fù)。通過電化學(xué)光學(xué)信號的淬滅和恢復(fù)，以及顯示強(qiáng)度，可以實現(xiàn)對水樣中痕量Hg2+的檢測。
[0027]為了研究本發(fā)明的修飾玻碳電極檢測汞離子的電極反應(yīng)性質(zhì)、機(jī)理和電極過程動力學(xué)等參數(shù)，預(yù)處理后的玻碳電極在進(jìn)行修飾前，采用三電極系統(tǒng)循環(huán)伏安法進(jìn)行檢測。在一個實施例中，將工作電極為預(yù)處理后的玻碳電極，對電極為鉬絲電極，參比電極為Ag/A g CI電極的三電極系統(tǒng)，在0.5 M硫酸中，對玻碳電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，其中設(shè)置電壓為-0.2~1.6V，檢測完畢后，用去離子水沖洗玻碳電極，吹干玻碳電極表面，備用。同樣地，在DNA電化學(xué)生物傳感器，即Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極制備完成時，也需要進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，在一個實施例中，將制備完成的修飾玻碳電極放入0.05~0.1M三正丙胺溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，其中電壓范圍是0.2~1.3V，掃描速率是50~IOOmV.s_\光電倍增管高壓設(shè)置為-800~-1000V。
[0028]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，本文所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]實施例1
本發(fā)明使用電化學(xué)工作站及MP1-B型多參數(shù)化學(xué)發(fā)光分析測試系統(tǒng)。
[0030]1.玻碳電極預(yù)處理:玻碳電極經(jīng)0.05 μ m的a -Al2O3拋光粉拋光后,用去離子水沖洗干凈，并分別在去離子水和乙醇中超聲10 min。采用三電極系統(tǒng)檢測，工作電極為玻碳電極，對電極為鉬絲電極，參比電極為Ag/AgCl電極，在0.5M硫酸中，設(shè)置電壓為-0.2~1.6V，對玻碳電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，檢測完畢后，用去離子水沖洗電極，吹干電極表面，備用。
[0031]2.修飾玻碳電極的制備:
I)將預(yù)處理后電極放入0.1mMRu (bpy) 32+和0.01MKNO3的混合溶液中，在電化學(xué)工作站上控制陽極電位在1.8V處恒電位處理5min，取出電極，用去離子水洗滌，室溫干燥；將電極放入0.01M氯金酸溶液中，在電化學(xué)工作站上控制電位在-1.0~1.1V計時電流法電沉積5s,取出電極，用去尚子水洗漆，室溫干燥。
[0032]2)將步驟I)得到的修飾電極浸入ΙΟμΜ單鏈DNA溶液中浸泡3h，然后在ImM巰基乙醇溶液中處理60min，用磷酸鹽緩沖液清洗修飾玻碳電極；再將將玻碳電極浸入2mg ?mL-1 二茂鐵功能化石墨烯溶液中60min,用磷酸鹽緩沖液清洗電極,得到Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極。
[0033]其中，單鏈DNA 的核苷酸序列為 5’ ATTCTTTGTTCTCCCCTGTTCTTTGTT T-3’，由生物公司合成。為了增強(qiáng)DNA和金納米粒子之間的連接，在合成單鏈DNA時，在其5’末端連接有巰基基團(tuán)(SH-(CH2)6),通過巰基-Au作用連接DNA和金納米粒子。
[0034]實施例2 1.玻碳電極預(yù)處理:玻碳電極經(jīng)0.3 μ m的a -Al2O3拋光粉拋光后，用去離子水沖洗干凈，并分別在去離子水和乙醇中超聲lOmin。采用三電極系統(tǒng)檢測，工作電極為玻碳電極，對電極為鉬絲電極，參比電極為Ag/AgCl電極，在0.5M硫酸中，設(shè)置電壓為-0.2~1.6V，對玻碳電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，檢測完畢后，用去離子水沖洗電極，吹干電極表面，備用。[0035]2.修飾玻碳電極的制備:
I)將預(yù)處理后電極放入1.0mMRu(bpy)32+和0.1MKNO3的混合溶液中，在電化學(xué)工作站上控制陽極電位在2.0V處恒電位處理lOmin，取出電極，用去離子水洗滌，室溫干燥；將電極放入0.1M氯金酸溶液中，在電化學(xué)工作站上控制電位在-1.0~1.1V計時電流法電沉積20s,取出電極，用去尚子水洗漆，室溫干燥。
[0036]2)將步驟I)得到的修飾電極浸入5 μ M單鏈DNA溶液中浸泡3.5h，然后在5mM巰基乙醇溶液中處理60min,用磷酸鹽緩沖液清洗修飾玻碳電極；再將將玻碳電極浸入Img ?mL—1二茂鐵功能化石墨烯溶液中45min,用磷酸鹽緩沖液清洗電極,得到Ru(bpy)32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極。
[0037]其中，單鏈DNA 的核苷酸序列為 5’ ATTCTTTGTTCTCCCCTGTTCTTTGTT T-3’，由生物公司合成。為了增強(qiáng)DNA和金納米粒子之間的連接，在合成單鏈DNA時，在其5’末端連接有巰基基團(tuán)(SH-(CH2)6),通過巰基-Au作用連接DNA和金納米粒子。
[0038]修飾玻碳電極的性能檢測 I)循環(huán)伏安法檢測
圖2是不同玻碳電極的循環(huán)伏安圖，其中a為玻碳電極裸電極，b為金納米-玻碳電極，c為Ru (bpy) 32+-玻碳電極，d為Ru (bpy) 32+-金納米-玻碳電極。在0.01 M KNO3溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，曲線a很平滑，沒有明顯的氧化還原峰出現(xiàn)；對電極涂覆金納米粒子后，曲線b在0.922 V出現(xiàn)了氧化峰，說明金納米粒子已被有效地修飾在玻碳電極表面；對電極涂覆Ru (bpy) 32+后，曲線c在LOlV出現(xiàn)了一個明顯的氧化峰,表明Ru (bpy) 32+已經(jīng)被有效地修飾在玻碳電極表面；再次在Ru (bpy) 32+修飾電極涂覆金納米粒子,制備Ru (bpy) 32+-金納米粒子修飾玻碳電極，曲線d在1.05 V出現(xiàn)了一個信號增強(qiáng)的氧化峰,這表明金納米粒子能夠有效增強(qiáng)電子傳遞效率，從而使得Ru (bpy) 32+的信號峰得到增強(qiáng)。
[0039]2)電化學(xué)阻抗檢測
圖3為不同修飾階段的玻碳電極的電化學(xué)阻抗。其中，曲線a是空白玻碳電極的奈奎斯特曲線，由圖可以看出，在5.0mM[Fe(CN)6] 3 74體系中，空白玻碳電極在高頻區(qū)呈現(xiàn)出了很小的弧度，得到的奈奎斯特曲線幾乎是直線，這表現(xiàn)了典型的空白電極表面快速電子傳遞過程。對電極涂覆Ru(bpy)32+和金納米粒子后，曲線b高頻區(qū)的曲線弧度明顯增大，可以解釋為Ru (bpy) 32+和金納米粒子對電極的修飾導(dǎo)致電極的一個非均面相界面產(chǎn)生從而改變了電極表面的電子傳遞特性。單鏈DNA和二茂鐵功能化石墨烯修飾電極后，電極的電導(dǎo)特性有所增強(qiáng)，如曲線c所示，其高頻區(qū)弧度比曲線b有所減少，說明二茂鐵功能化石墨烯可以有效促進(jìn)電子傳遞。當(dāng)Ru(bpy)32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極結(jié)合了 Hg2+之后，曲線d高頻區(qū)曲線弧度有所增大，說明二茂鐵功能化石墨烯脫離了 DNA表面。
[0040]3) Hg2+濃度和結(jié)合時間對電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響
圖4是制備的Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極分別在0.05nM、lnM和IOOnM的Hg2+溶液中結(jié)合不同時間時所得到的電發(fā)光強(qiáng)度值，從而得出電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度和結(jié)合時間、Hg2+濃度三者之間的相互作用關(guān)系圖表。從圖4可以看出，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與結(jié)合時間、Hg2+濃度存在良好的線性關(guān)系。
[0041] 4)水環(huán)境對電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響圖5顯示了 pH值(A)和氯化鈉濃度(B)對Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極的影響。由圖5可以看出，在pH為7.5左右和氯化鈉濃度為0.1M時能夠?qū)崿F(xiàn)電極傳感器對Hg2+的最佳檢測。
[0042]5)電極傳感器穩(wěn)定性研究
圖6顯示了在0.1M三正丙胺溶液中對不同電極進(jìn)行電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度檢測，在一定時間內(nèi)，傳感器的電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度不會有較大影響，比較穩(wěn)定，其中a為玻碳電極裸電極；b為Ru (bpy) 32+-玻碳電極；c為Ru (bpy) 32+-金納米-單鏈DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極；d為Ru (bpy) 32+-金納米-雙鏈DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極。由圖6可以看出，當(dāng)電壓為1.1~1.2V時，有Ru (bpy) 32+的電化學(xué)光強(qiáng)信號出現(xiàn)。圖6中間部分的時間與電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度關(guān)系圖表顯示，在0.1M三正丙胺溶液中，對修飾電極進(jìn)行連續(xù)掃描，其電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度不會有較大影響，比較穩(wěn)定，說明本發(fā)明的電極傳感器具有較好的穩(wěn)定性。
[0043] 6)汞離子檢測
利用制備的修飾玻碳電極對水質(zhì)中汞離子進(jìn)行檢測，具體的檢測步驟如下:
I)將修飾玻碳電極浸入待檢測不同濃度的Hg2+溶液中30min，然后用磷酸鹽緩沖液清洗電極。
[0044]2)將修飾玻碳電極作為工作電極，在電化學(xué)工作站上使用0.1M三正丙胺溶液作為檢測液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)光檢測。(循環(huán)伏安掃描電壓范圍是0.2~1.25V，掃描速率是IOOmV.s_\光電倍增管高壓設(shè)置為-800V)。
[0045]圖7顯示了修飾玻碳電極在不同濃度的Hg2+溶液中(Hg2+濃度序列為0.05nm(a),
0.1nm (b), Inm (c), IOnm (d),20nm (e), 50nm (f)和 IOOnm (g))培育一定時間后，在 0.1M三正丙胺溶液中的電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度vs時間曲線。由圖可知，在最佳的實驗條件下，當(dāng)Hg2+濃度在0.05~IOOnM之間時，隨著Hg2+濃度的變化，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度有明顯變化。經(jīng)過計算得到檢測Hg2+的線性方程為Λ JEa=371 lg^++4226.6，相關(guān)系數(shù)為0.9968，檢出限為18pM。
[0046]7)抗干擾性測試
為探究傳感器對其他潛在干擾離子的抗干擾性能，我們對可能與汞離子共存的不同離子進(jìn)行了平行干擾測試實驗。在圖8所示的檢測中，汞離子濃度為ΙΟηΜ，其他離子濃度為500nM。由圖8可以看出，50倍稀釋的汞離子產(chǎn)生了十幾倍于干擾離子的響應(yīng)信號，說明本實驗設(shè)計的傳感器具有良好的Hg2+識別選擇性。
[0047]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種修飾玻碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)對玻碳電極進(jìn)行預(yù)處理； (2 )Ru (bpy) 32+涂覆:將RU (bpy) 32+涂覆到步驟(1)所述的預(yù)處理后的玻碳電極表面，形成Ru (bpy) 32+修飾玻碳電極； (3)金納米粒子涂覆:將金納米粒子涂覆到步驟(2)得到的Ru(bpy) 32+修飾的玻碳電極表面，形成表面覆蓋有金納米粒子膜的Ru (bpy) 32+-金納米粒子修飾玻碳電極； (4)DNA涂覆:將單鏈DNA涂覆到步驟(3)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子修飾玻碳電極表面，形成Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA修飾玻碳電極； (5)二茂鐵功能化石墨烯涂覆:將二茂鐵功能化石墨烯涂覆到步驟(4)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA修飾玻碳電極表面，形成Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極； 其中，所述單鏈DNA序列富含堿基T，結(jié)合Hg2+后能互補(bǔ)形成穩(wěn)定的雙鏈DNA結(jié)構(gòu)，且所述單鏈DNA序列的5’末端連接有SH- (CH2) 6基團(tuán)。
2.如權(quán)利要求1所述的修 飾玻碳電極的制備方法，其中步驟(2)所述的Ru(bpy)32+涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(1)所述的預(yù)處理后的玻碳電極放入0.1~1.0mMRu (bpy) 32+和0.01~0.1MKNO3的混合溶液中，在以經(jīng)過預(yù)處理后的玻碳電極為工作電極的三電極體系中進(jìn)行恒電位掃描，其中，電壓為1.8~2.0V,掃描時間為5~IOmin ;洗漆；干燥。
3.如權(quán)利要求1所述的修飾玻碳電極的制備方法，其中步驟(3)所述的金納米粒子涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(2)得到的Ru (bpy) 32+修飾的玻碳電極放入0.01~0.1M氯金酸溶液中，在以Ru (bpy) 32+修飾玻碳電極為工作電極的三電極體系中，控制電位在-1.0~1.1V，用計時電流法電沉積5~20s ;洗滌；干燥。
4.如權(quán)利要求1所述的修飾玻碳電極的制備方法，其中步驟(4)所述的DNA涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(3)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子修飾玻碳電極浸入5~IOyMDNA溶液中浸泡3~3.5h ;然后，在I~5mM巰基乙醇溶液中處理45~60min ;用磷酸鹽緩沖液洗漆。
5.如權(quán)利要求1所述的修飾玻碳電極的制備方法，其中步驟(5)所述的二茂鐵功能化石墨烯涂覆涂覆通過以下方式進(jìn)行:將步驟(4)得到的Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA修飾玻碳電極浸入I~2mg.mL—1 二茂鐵功能化石墨烯溶液中45~60min ;用磷酸鹽緩沖液洗滌。
6.如權(quán)利要求1所述的修飾玻碳電極的制備方法，其中步驟(1)所述的玻碳電極預(yù)處理通過以下方式進(jìn)行:將玻碳電極用a -Al2O3拋光粉拋光；洗滌；分別在去離子水和乙醇中超聲lOmin。
7.如權(quán)利要求1~6任一所述方法制成的修飾玻碳電極在檢測水樣中汞離子含量的應(yīng)用。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，特征在于，包括以下步驟: O將所述Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極浸入待檢測水樣中25~35min，然后用磷酸鹽緩沖液清洗所述電極； 2)將所述Ru (bpy) 32+-金納米粒子-DNA- 二茂鐵功能化石墨烯修飾玻碳電極作為工作電極的三電極體系中，以0.05~0.1 M三正丙胺溶液作為檢測液進(jìn)行電化學(xué)及電化學(xué)發(fā)光檢測 。
【文檔編號】G01N27/327GK103913496SQ201410072153
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】高文華, 卓邦榮, 陳耀文, 林月娟, 魯福身, 黃響 申請人:汕頭大學(xué)