基于钯纳米颗粒/还原氧化石墨烯纳米复合材料的新型电化学传感器同时检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸GydF4y2Ba

摘要GydF4y2Ba

本研究建立了一种基于两步电化学还原的钯纳米粒子/还原性氧化物纳米复合修饰玻璃碳电极(PdNPs/rGO/GCE)制备新策略。场发射扫描电镜(FESEM)图像显示，球形PdNPs均匀分布在rGO/GCE电极表面，PdNPs的引入对rGO的形貌没有影响。电化学阻抗谱(EIS)研究表明，PdNPs/rGO/GCE的电导率高于rGO/GCE和裸GCE。以抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)为分析物，采用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)和时间安培法研究了PdNPs/rGO/GCE传感器的电化学性能。在优化条件下，线性范围为0.5-3.5 mM (GydF4y2BaR.GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba = 0.99), 3–15 μ.GydF4y2Ba米(GydF4y2BaR.GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba = 0.99) and 15–42 μ.GydF4y2Ba米(GydF4y2BaR.GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba = 0.99), and 0.3–1.4 mM (R.GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba = 0.99) towards AA, DA, and UA in ternary mixture were observed, respectively. In addition to superior anti-interference capability, fast response (≤5 s), excellent reproducibility, and good long-term stability were also given by this sensor. These results suggested that PdNPs/rGO/GCE is promising for the simultaneous detection of AA, DA, and UA in practical application.

1.介绍GydF4y2Ba

贵金属纳米颗粒，一种金属纳米材料，通常用作电化学传感器的增强元件，因为它们具有优异的电催化活性，快速的电子转移能力，强的稳定性和良好的生物相容性[GydF4y2Ba1GydF4y2Ba-GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba］.一些贵金属纳米颗粒，如金、银、铂等，由于成本高、可得性低，不适合商业化。相比之下，钯纳米颗粒(palladium nanoparticles, PdNPs)是一种新兴的贵金属纳米颗粒，近年来因其含量高、成本低、抗毒性好等特点受到研究人员的青睐[GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba-GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba］.但是，PDNP的聚合需要在大众施用前良好解决。GydF4y2Ba

研究表明，包括碳纳米管，碳点和石墨烯在内的碳纳米材料有利于纳米颗粒的分散由于其独特的结构，大的比表面积和高催化活性[GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba8.GydF4y2Ba］.其中，碳点由于其独特的光学性质更适合于荧光传感器，而碳纳米管由于其固有的强范德华相互作用，需要额外的分散剂，容易发生严重的纠缠。两者都无法满足人们对低成本、高性能生物传感平台的需求[GydF4y2Ba9.GydF4y2Ba］.在实际应用中，通常通过石墨烯氧化物（GO）的电化学减少来制备高质量的石墨烯（石墨烯氧化物，RGO），这是简单且经济高效的。残留的氧官能团和共轭网络的回收使RGO具有亲水性和高导电性[GydF4y2Ba10.GydF4y2Ba-GydF4y2Ba12.GydF4y2Ba］.因此，还原氧化石墨烯被认为是最有前途的用于分散PdNPs的碳纳米材料[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba-GydF4y2Ba15.GydF4y2Ba］.GydF4y2Ba

作为对人体健康有重要意义的生物分子，人体中抗坏血酸（AA），多巴胺（DA）和尿酸（UA）的异常变化可以带来严重的威胁，包括癌症，帕金森病和白血病[GydF4y2Ba16.GydF4y2Ba-GydF4y2Ba18.GydF4y2Ba］.因此，迫切需要开发一种快速、有效的同时检测这三种物质的电化学传感器。GydF4y2Ba

这里，通过相应的两步电沉积来制造PDNPS / RGO / GCE以同时检测AA，DA和UA。虽然已经报道了PDNPS / RGO纳米复合材料的制备[GydF4y2Ba19.GydF4y2Ba-GydF4y2Ba21.GydF4y2Ba[大多数是通过多学期复杂过程制作的大多数，这不仅涉及可能导致健康和环境风险的化学品，而且还包含长期消费。除了良好的催化活性和快速反应（≤5秒）之外，在该工作中制备的传感器还表现出高再现性和稳定性。GydF4y2Ba

2.实验GydF4y2Ba

2.1。试剂GydF4y2Ba

AA(99.7%)来源于联兴生物技术(天津);盐酸多巴胺(DA, 98%)购自上海Sigma-Aldrich公司;UA(59.0% ~ 60.0%)和氯化钯由天津罗恩化学试剂公司提供;氯化钾(KCl, 99.0%)、铁氰化钾、磷酸二氢钠(NaHGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba宝GydF4y2Ba_4.GydF4y2Ba磷酸氢二钠(NaGydF4y2Ba_2GydF4y2BaHPO.GydF4y2Ba_4.GydF4y2Ba≥99.0％）是从化学试剂供应和营销公司（天津）获得的;GO（99.8％）由咸丰纳米材料技术（南京）提供。用NaH的混合溶液制备具有不同pH值的磷酸盐缓冲液（Pb）溶液GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba宝GydF4y2Ba_4.GydF4y2Ba和钠GydF4y2Ba_2GydF4y2BaHPO.GydF4y2Ba_4.GydF4y2Ba以一定比例。在所有测量中使用超纯水。GydF4y2Ba

2.2。仪器GydF4y2Ba

高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和能量分散光谱（EDS）在配备有能量分散光谱仪分析仪的FEI-TALOS-F200x上完成。用Nova纳米430（Fei，USA）获得现场发射扫描电子显微镜（FeSEM）图像。使用Ametek Parstat 4000电化学工作站（AMETEK商业企业（上海）有限公司北京分公司，使用三极系统，循环伏安法（CV），差分脉冲伏安法（DPV）和计时验量测量测量。）使用三个电极系统，而PDNPS/ Rgo / GCE，铂电极和饱和的Calomel电极（SCE）分别用作工作电极，对电极和参比电极。KQ-600KDE高功率CNC超声波清洗机购自超声波仪器有限公司（昆山）。磁力搅拌器由荣华仪器制造有限公司（常州）提供。GydF4y2Ba

2.3。PDNPS / RGO / GCE的制作GydF4y2Ba

修改前，对裸GCE进行1次抛光GydF4y2Baμ.GydF4y2Bam，0.3 μ.GydF4y2Bam，和0.05 μ.GydF4y2Ba米艾尔GydF4y2Ba_2GydF4y2BaO.GydF4y2Ba_3.GydF4y2Ba然后在超纯水和乙醇中进行超声波清洗，得到清洁的表面。GydF4y2Ba

将40mg粉末完全溶解在40ml的超纯水中，在SONERYIFICY中溶解60分钟以获得去溶液。通过在+1和-1.5V之间使用扫描速度为50 mV·s之间的CV方法，在GO溶液中制造RGO / GCE。GydF4y2Ba^-1GydF4y2Ba了19周期;然后用超纯水清洗电极，室温干燥。GydF4y2Ba

然后，将0.0035g氯化钯直接加入20ml超纯水中，得到1mM氯化钯溶液，6 μ.GydF4y2Ba将溶液的L铸在还原氧化石墨烯/GCE表面。溶液完全干燥后，在0.1 M KCl溶液中浸泡电极，施加−0.7 V作用1800 s电沉积PdNPs，制备PdNPs/rGO/GCE。将获得的传感器用超纯水清洗并晾干后使用(GydF4y2Ba方案1GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

２.４.电化学测量GydF4y2Ba

EIS测量从10中进行GydF4y2Ba^-2GydF4y2Ba到10GydF4y2Ba^5.GydF4y2Ba Hz with an amplitude of +5 V and a bias voltage of +0.24 V. DPV curves were obtained from −1.5 V to +1.5 V at an amplitude of 50 mV and a pulse width of 0.2 s. In addition, since CV technology and chronoamperometry have been used many times in this paper and the parameter settings of the same method were different, the corresponding parameter settings were introduced in the related experiments.

3。结果与讨论GydF4y2Ba

3.1。PDNPS / RGO纳米复合材料的表征GydF4y2Ba

PDNPS / RGO纳米复合材料的FeEM和HRTEM的结果在图中说明了GydF4y2Ba1（a）GydF4y2Ba-GydF4y2Ba1（c）GydF4y2Ba．显然，合成的还原氧化石墨烯具有典型的折叠结构[GydF4y2Ba22.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba23.GydF4y2Ba];此外，在RGO表面上合成的PDNP是球形的，大小高度均匀，这不仅对RGO的形态没有影响，也有助于增加电极的表面积（图GydF4y2Ba1（a）GydF4y2Ba和GydF4y2Ba1（b）GydF4y2Ba）.从HRTEM图像（图GydF4y2Ba1（c）GydF4y2Ba)，得到平均直径小于50 nm的PdNPs [GydF4y2Ba24.GydF4y2Ba]均匀地分散在还原氧化石墨烯表面，这与图的结果一致GydF4y2Ba1（b）GydF4y2Ba和文学[GydF4y2Ba25.GydF4y2Ba］.EDS表征结果（图GydF4y2BaS1GydF4y2Ba）进一步证实，成功制备了PDNPS / RGO纳米复合物。GydF4y2Ba

用CV和EIS检测了PdNPs/rGO/GCE在含0.1 M KCl的20 mM铁氰化钾溶液中的电化学行为。在−0.6 V ~ +0.8 V范围内，扫描速率为50 mV s，得到CV曲线GydF4y2Ba^-1GydF4y2Ba3周。通过以下randle sevick的等式计算不同电极的有效区域[GydF4y2Ba26.GydF4y2Ba]：GydF4y2Ba 在哪里GydF4y2Ba一世GydF4y2Ba_paGydF4y2Ba为CV实验中不同电极的阳极峰值电流(图GydF4y2BaS2GydF4y2Ba），GydF4y2BaCGydF4y2Ba为铁氰化钾溶液浓度(即20 mM)，GydF4y2BaNGydF4y2Ba是电子的数量，GydF4y2Ba是扫描速率，和GydF4y2BaD.GydF4y2Ba是扩散系数。裸GCE，Rgo / GCE和PDNPS / RGO / GCE的活性表面比计算为1：1.2：1.3，表明RGO和PDNPS / RGO纳米复合材料在裸GCE的表面上有助于增加有源区域可以改善裸GCE的催化能力的电极。GydF4y2Ba

从图中GydF4y2Ba1 (d)GydF4y2Ba，电阻抗谱的结果以Nyquist图的形式给出，其中高频半圆部分的直径表示电极表面的电荷转移电阻[GydF4y2Ba27.GydF4y2Ba]，低频线性部分表示扩散过程[GydF4y2Ba28.GydF4y2Ba］.兰德尔电路(图中的插图GydF4y2Ba1 (d)GydF4y2Ba选择以符合所获得的阻抗数据。PDNPS / RGO / GCE和RGO / GCE处的半圆直径远小于裸GCE（分别为200Ω，400Ω和3000Ω），表明RGO和PDNPS / RGO纳米复合材料的修改都可以帮助促进裸GCE的电子转移。并且PDNPS / RGO / GCE的增强效果大于RGO / GCE的效果，其可归因于电极表面与PDNP电沉积后的电极表面和分析物之间的接触区域的增加。EIS的结果与CV表征一致（图GydF4y2BaS2GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

3.2。pH.的影响GydF4y2Ba

采用DPV法研究了支撑电解质pH (0.1 M PB)对AA、DA和UA电化学行为的影响。如图所示GydF4y2Ba2（a）GydF4y2Ba， AA和UA的峰值电流在pH 7.2时达到最大值(蓝线)，DA在pH 6.8时达到最大值(红线)。为了清楚地观察pH值对这三种物质峰电位的影响，我们采用平移法对四种曲线进行分离。从图中可以看出GydF4y2Ba2 (b)GydF4y2Ba，AA，DA和UA的峰电位与增加的pH值呈负载，并且AA-DA和DA-UA的峰值电位差异达到pH7.2的最大值，表明质子涉及AA的氧化反应，da，和ua [GydF4y2Ba29.GydF4y2Ba］.GydF4y2Ba

基于上述，选择具有7.2的pH值为7.2的0.1M PB作为后续实验中的测量介质。GydF4y2Ba

3.3。扫描速率的影响GydF4y2Ba

扫描速率对1 mm Aa，80的氧化还原行为的影响 μ.GydF4y2BaM DA和500GydF4y2Baμ.GydF4y2BaM uA在0.1M PB中使用-0.6 V至+ 0.6 V进行3周（图GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba）.可以看出，在50 mv·s范围内，AA、DA、UA的氧化峰电流和DA的还原峰电流均与扫描速率的增加成正比GydF4y2Ba^-1GydF4y2Ba到250 mv·sGydF4y2Ba^-1GydF4y2Ba，线性回归方程总结如下：GydF4y2Ba 在哪里GydF4y2Ba是扫描速率和GydF4y2BaR.GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba是相关系数。结果证明AA，DA和UA的电化学反应是吸附控制的过程[GydF4y2Ba30.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba31.GydF4y2Ba］.GydF4y2Ba

此外，AA和UA中没有明显的还原峰，其可能与检测浓度的选择有关。GydF4y2Ba

3．4．电化学检测AA, DA, UAGydF4y2Ba

通过DPV在优化条件下通过DPV检查0.1M PB（pH7.2）中的PDNPS / RGO / GCE的分析性能。GydF4y2Ba

从图中可以看出GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba在PdNPs/rGO/GCE时，AA、DA、UA的峰值电流信号均随其水平的升高而逐渐增加，在0.3-7 mM、8-20 mM、3-50浓度范围内均呈现良好的线性关系GydF4y2Baμ.GydF4y2BaM和60 - 170GydF4y2Baμ.GydF4y2BaM、0.05-1 mM、1.5-4.5 mM，检出限为0.1 mM、1GydF4y2Baμ.GydF4y2Ba16.67米,GydF4y2Baμ.GydF4y2BaM (S/N = 3)。此外，从图中可以看出GydF4y2Ba4（a）GydF4y2Ba，值得注意的是，随着AA浓度的增加，AA的峰电位向右移，说明质子参与了AA的电极反应过程[GydF4y2Ba32.GydF4y2Ba］.同时，AA的峰形形状逐渐变宽，与之前的研究一致[GydF4y2Ba33.GydF4y2Ba-GydF4y2Ba35.GydF4y2Ba可能与过量的AA浓度有关。在低AA水平时，电极表面上的局部AA迅速催化，响应快。在高AA浓度下，将大量AA吸附在电极表面上，导致电极表面上的活性位点的减少延长了PDNPS / RGO / GCE的AA的催化时间，从而减慢了催化过程和加宽峰值[GydF4y2Ba36.GydF4y2Ba］.AA、DA和UA的氧化机理可以推断为:(1)PdNPs/rGO/GCE表面正DA与负官能团之间的静电相互作用;(2) PdNPs/rGO/GCE表面AA、DA、UA的羟基与含氧官能团之间的氢键作用。GydF4y2Ba

图GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba和GydF4y2Ba6.GydF4y2Ba显示选择性和同时检测AA、DA和UA的结果。值得一提的是，选择性检测是在AA、DA和UA的混合物中，在保持其他两种物质不变的情况下，通过改变目标物质的浓度来进行的。可以观察到,存在三个截然分开潜在的峰值对应于AA哒,和UA的选择性或同时检测,和其他两个物种的存在没有产生显著影响当前的目标分析物的信号,表明PdNPs rGO / GCE向AA,具有良好的分离能力DA和UA。具体结果见表GydF4y2Ba1GydF4y2Ba．与个体检测相比，在相同浓度范围内的AA，DA和UA的线性范围和PDNPS / RGO / GCE的灵敏度朝向这三种分析物中的选择性或同时检测中的可忽略的变化。GydF4y2Ba

此外，可以从图中观察到它GydF4y2Ba5（a）GydF4y2Ba即，随着AA浓度的增加，除了增加的AA电流之外，DA和UA的检测电流也增加，这与先前的文献一致[GydF4y2Ba28.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba29.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba37.GydF4y2Ba-GydF4y2Ba41.GydF4y2Ba]可以与电极表面上的DA和UA的吸附有关[GydF4y2Ba42.GydF4y2Ba］.电极表面上的浓度较高的AA与DA和UA的氧化产物连续反应，导致DA和UA的再生，从而增加电流[GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba44.GydF4y2Ba］.而且，来自数字GydF4y2Ba4（a）GydF4y2Ba那GydF4y2Ba5（a）GydF4y2Ba， 和GydF4y2Ba6（a）GydF4y2Ba值得注意的是，这三个实验中AA的氧化电压不相同，这可能与AA的浓度范围和AA和DA和UA之间的相互作用有关GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba44.GydF4y2Ba］.GydF4y2Ba

如表所示GydF4y2Ba2GydF4y2Ba尽管以前的大多数作品对AA和UA的敏感性高于PDNP / RGO / GCE，但从敏感性对DA和线性范围的角度来看，PDNPS / RGO / GCE仍然占据了AA，DA的同时检测的独特优势，和ua。GydF4y2Ba

上述结果表明，发达的传感器在检测AA，DA和UA中具有良好的应用值。GydF4y2Ba

3.5。传感器的再现性和稳定性GydF4y2Ba

再现性和稳定性也是评价所研制传感器电化学性能的重要指标。GydF4y2Ba

通过在相同条件下制备的六个传感器进行DPV研究了PDNPS / RGO / GCE的再现性以检测1mm AA，10 μ.GydF4y2Bam da，2.5 mm ua分别为0.1 m pb，结果以直方图的形式表现出来（图GydF4y2Ba7（a）GydF4y2Ba）.AA，DA和UA的DPV反应的相对标准偏差（RSD）分别计算为0.98％，2.08％和0.6％，揭示所提出的传感器具有高再现性。GydF4y2Ba

Chronoamperometry用于进入PDNPS / RGO / GCE的稳定性朝向1mm AA，20 μ.GydF4y2BaM DA和0.5 mM UA在0.1 M PB在+0.6 V下2000秒。从数据GydF4y2Ba7（b）GydF4y2Ba-GydF4y2Ba7 (d)GydF4y2Ba，这三种分析物的当前响应在短时间内达到稳定状态，并且长时间的变化可以忽略不计，这表明该传感器适用于AA，DA和UA的长期检测。GydF4y2Ba

3.6。抗干扰能力研究GydF4y2Ba

最后，对PdNPs/rGO/GCE的抗干扰能力进行了评价GydF4y2Ba^+GydF4y2Ba（d），clGydF4y2Ba^-GydF4y2Ba（e），mgGydF4y2Ba^2+GydF4y2Ba(f)哌嗪GydF4y2Ba^2-GydF4y2Ba(g)、葡萄糖(h)用100倍浓度检测1 mM AA (a)、50GydF4y2Baμ.GydF4y2Ba在0.1M Pb中，在0.1M PB中的MDE（B）和0.1mM UA（C）以±6 v的恒定电位为800秒。如图所示GydF4y2Ba8.GydF4y2Ba，随着AA，DA和UA的添加，PDNPS / RGO / GCE的当前信号分别随着5 s，5 s和3秒的响应时间而迅速增加，并且干扰性对电流没有显而易见的影响AA，DA和UA的信号。结果，该提出的传感器具有出色的抗干扰能力和实际应用价值。GydF4y2Ba

3.7。真正的样品检测GydF4y2Ba

为了证明该方法的适用性，采用标准添加法将不同浓度的AA、DA和UA掺杂到人血清样品中。DPV实验结果如表所示GydF4y2BaS1GydF4y2Ba．加标样品的回收率在96.6% ~ 108.5%之间，表明该传感器适用于实际样品。GydF4y2Ba

4。结论GydF4y2Ba

总之，本文提出了通过两步CV电沉积合成PDNPS / RGO纳米复合材料的新方法;制备的材料的增加的表面积有助于改善电极表面和分析物之间的接触概率，从而升高改性电极的催化活性，其使用CV和EIS确认。在优化实验条件后，传感器显示出优异的分离能力和对AA，DA和UA的快速响应，具有强烈的抗干扰能力，对某些常见的干扰物质具有很强的抗干扰能力。此外，该传感器还获得了良好的再现性和稳定性。上述结果表明，PDNPS / RGO / GCE可以是AA，DA和UA的传感应用中的良好候选者。GydF4y2Ba

数据可用性GydF4y2Ba

用于支持本研究结果的生成或分析的数据包括在文章中。GydF4y2Ba

利益冲突GydF4y2Ba

作者声明他们没有利益冲突。GydF4y2Ba

致谢GydF4y2Ba

本研究得到了中国国家重点研发计划（NO.209YFC1709000），中国国家自然科学基金（NSFC）（NS。81973944和81503636），国家科技重大项目（2018年ZX09201011）和青年人才推广中国科学技术协会项目（第2019-2021 ZGZJXH-QNRC001）。GydF4y2Ba

补充材料GydF4y2Ba

图S1：EDS表征PDNPS / RGO纳米复合材料。图S2：在含有0.1M KCl的20mM钾铁氰化物溶液中的裸GCE（A），RGO / GCE（B）和PDNPS / RGO / GCE（C）的CV表征。表S1：检测真实样本中的AA，DA和UA（GydF4y2BaNGydF4y2Ba= 3)。GydF4y2Ba（GydF4y2Ba补充材料GydF4y2Ba）GydF4y2Ba

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