Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極電致化學發光測定槐定堿

李彥青，羅 應，楊蘭蘭，程 昊，黃文藝，李利軍*

(1.廣西科技大學 生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州 545616)

Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極電致化學發光測定槐定堿

李彥青1，羅 應2，楊蘭蘭1，程 昊1，黃文藝1，李利軍1*

(1.廣西科技大學 生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州 545616)

電化學發光；聯吡啶釕；硅溶膠；納米金；槐定堿

圖1 槐定堿的分子結構式

槐定堿(Sophoridine)是從豆科槐屬植物苦豆子中提取的單體生物堿，其分子式為C15H24N2O，是含四環的喹諾里西啶結構的生物堿(如圖1)[1]。槐定堿具有廣泛的藥理學作用，如抗腫瘤作用、抗心律失常作用、保護心肌缺血作用、抗病毒作用、抗炎作用、免疫作用、鎮痛作用等[2]；臨床上，槐定堿對惡性滋養細胞腫瘤有顯著療效，具有安全性好、毒副作用低等優點[3]。

在測定槐定堿的文獻報道中，主要以高效液相色譜法(HPLC)[4-8]為主，同時還包括反向高效液相色譜法(RP/HPLC)[9-10]、高效毛細管電泳法(HPCE)[11]、電化學法(EC)[12-14]、流動注射-電致化學發光法(FIA-ECL)[15-16]等。在流動注射-電致化學發光測定槐定堿的研究中，廈門大學的陳曦[15]、章麗燕[16]等通過將75-4B型快速極譜儀、電解池、HL-2恒流泵、GD.1型微光測量儀、色譜工作站等聯用，組裝ECL流動注射測定裝置。其中前者研究了取代基對胺類化合物聯吡啶釕電致化學發光的影響，驗證了槐定堿對聯吡啶釕的增敏作用；后者實現了在玻碳電極上對槐定堿的測定，但儀器及操作復雜，不利于槐定堿測定技術的推廣。

電致化學發光(Electrochemiluminescence，ECL)分析法具有線性范圍寬、靈敏度高及儀器簡單、可控性強、便于檢測等優點，已被廣泛應用于藥物檢測分析，而電極修飾技術因可改變電極表面上的微結構，改善電化學發光分析特性，進而可提高儀器的選擇性和靈敏度[17-19]。本研究基于陽離子型高分子材料的Nafion特性，利用硅溶膠(Silica sol)的三維網絡結構及—SiO—O—SiO—的成膜性能，提高了修飾電極表面的耐水性和耐熱性，且實現了涂膜的致密堅硬及抗污染能力。但因硅溶膠在成膜過程中體積收縮較大，易造成涂膜開裂，所以添加助膜劑聚乙烯吡咯烷酮(K-30)防止成膜時開裂。另外，利用納米金的高比表面積和電催化作用，增強了修飾電極表面的響應效果。在綜合考慮修飾劑特點的基礎上，實驗采用溶膠-凝膠法將硅溶膠/納米金/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)復合膜修飾至金電極表面，成功制備了測定槐定堿的電化學發光傳感器，據此建立了測定槐定堿的電化學發光分析新方法。該傳感器制備方法簡單、成本低、靈敏度高、選擇性好。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

MPI-E型電致化學發光分析系統(西安瑞邁電子科技有限公司)；Nano ZS 90型納米粒度及Zeta電位分析儀(英國馬爾文儀器公司)。電化學發光實驗用三電極系統：Silica sol/Nano-Au/PVP復合物修飾的金電極為工作電極，Pt絲電極為對電極，Ag/AgCl(飽和KCl溶液)為參比電極。

1.2 修飾電極的制備

1.2.1 金電極的預處理 在金相砂紙上將金電極打磨平整、潔凈，并在放有Al2O3粉的鹿皮上進行拋光，待金電極表面光滑、清潔后，先后用水、無水乙醇與水混合液、水進行超聲清洗，晾干后，于0.10 mol/L H2SO4溶液中，在-0.2～1.4 V范圍內對金電極進行循環伏安掃描，直至循環伏安(CV)曲線穩定，晾干備用。

1.2.2 納米金的制備 將一定量的氯金酸溶液裝入反應瓶，調節轉速器轉速為600 r/min，加熱至溶液沸騰，放入所需的檸檬酸三鈉，于恒溫下反應至溶液由綠色變為酒紅色，待反應完全后停止加熱，緩慢冷卻至室溫，即制得溶膠納米金[20]。通過Nano ZS 90型納米粒度分析儀測得其粒徑范圍在7～50 nm之間，其中主要分布在15 nm左右。

1.2.3 Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極的制備 將硅溶膠、納米金和1%PVP按一定體積比混合，得到Nano-Au/Silica sol/PVP混合液。將預處理后的金電極浸入該聚合液中，約30 s后取出，在4 ℃下放置12 h后得Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極。

圖2 電化學發光檢測示意圖

1.3 實驗方法

三電極系統：以Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極為工作電極，Pt絲為對電極，Ag/AgCl(飽和KCl)為參比電極；支持電解質為磷酸鹽緩沖溶液(pH 9.0)，光電倍增管負高壓為800 V，掃描速度為100 mV/s。實驗在室溫下進行，測定前溶液用超聲波除氣5 min，所有電位值均相對于參比電極。電化學發光檢測池如圖2所示。

2 結果與討論

圖3 Ru(和Ru(槐定堿體系的電致化學發光行為

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

圖4 不同電極對Ru(槐定堿 體系電化學發光強度的影響

圖5 Silica sol/Nano-Au/PVP體積比對電化學 發光強度的影響

圖6 緩沖溶液pH值對電化學發光強度的影響

2.3 Silica sol/Nano-Au/PVP配比的優化

2.4 緩沖體系以及pH值的選擇

2.6 儀器參數的優化選擇

2.7 共存物質的影響

表1 不同測定槐定堿方法的線性范圍及檢出限對比

*no data

2.8 方法評價

在最佳實驗條件下，利用MPI-E型電致化學發光工作站記錄不同濃度槐定堿標準溶液的電化學發光強度值，以化學發光強度值對其濃度進行線性回歸。結果表明：槐定堿濃度在1.6×10-7～1.6×10-4mol/L范圍內與發光強度值呈良好線性關系(r2=0.994 5)，線性方程為I(Counts)=4.000×107c+262.2，檢出限(S/N=3)為3.5×10-9mol/L。連續測定1.6×10-5mol/L的槐定堿溶液6次，其相對標準偏差(RSD)為2.9%，表明體系的重現性好。將該方法與已有測定槐定堿方法進行對比(如表1)，結果表明，電致化學發光技術具有線性范圍寬、檢出限低、儀器和操作簡單等優點。

3 結 論

本文利用傳感器制備技術，制備出Silica sol/Nano-Au/PVP修飾金電極的工作電極，在MPI-E型電致化學發光工作站平臺上，建立了電化學發光測定槐定堿的新方法。該方法用于槐定堿含量的測定，具有檢出限低、線性范圍寬和操作簡單等優點，具有潛在的實用價值。

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新型二維半導體設計研究取得突破

近期，南京理工大學納米光電材料研究所曾海波團隊，在全新二維半導體設計方面取得重要突破，相關成果以“Atomically Thin Arsenene and Antimonene: Semimetal-Semiconductor and Indirect-Direct Band-Gap Transitions”為題在線發表于《德國應用化學》(Angew.Chem.In.Ed.,2015, DOI:10.1002/anie.201411246)，并被選為“熱點文章(Hot Paper)”、期刊封面。該期刊由德國Wiley公司出版，是化學與材料等學科頂尖期刊，影響因子為11.3。第一作者為張勝利博士，曾海波教授為通訊作者。

近年來，原子級厚度二維晶體材料，如石墨烯、硅烯和鍺烯等，展現出卓越的性能，被廣泛應用于信息、能源器件。然而，這些碳族二維晶體也暴露了嚴重的弱點——零帶隙，嚴重影響了它們在電子、光電子器件中的應用。此外，硫化物二維晶體帶隙小于2.0 eV，而氮化硼白石墨烯帶隙則高達6.0 eV。顯然，二維半導體的帶隙、響應光譜波段存在嚴重缺失，影響了相應器件的發展。

曾海波課題組設計了具有高穩定性、寬帶隙的新型二維單元素半導體——單層砷烯(Arsenene)和銻烯(Antimonene)。首先，這兩類二維材料的穩定性非常引人注目。一方面，所選取的母體晶體結構是它們最穩定的構型，其層間作用力僅與六方氮化硼接近。另一方面，砷烯和銻烯中每個原子遵循八電子配位，自我調整形成了高穩定的波浪狀二維結構，相應的聲子譜完全沒有虛頻。因此，實驗上很可能通過機械剝離、液相剝離、氣相生長等制備這兩類材料。其次，這兩類二維材料展現了具有重要應用前景的電子結構轉變。砷和銻的層狀塊材是典型的半金屬。而第一性原理計算結果顯示，當減薄到一個原子厚度后，它們轉變成了間接帶隙半導體，帶隙值分別為2.49和2.28 eV，正好對應于藍光光譜范圍。此外，加載微小的雙軸應變，就可實現從間接到直接帶隙的轉變，以及帶隙大小的調控。這些電子結構特征表明，砷烯和銻烯在藍光探測器、LED、激光器方面具有應用潛力，甚至可用于柔性透明力-電、力-光傳感器。

自2004年發現石墨烯后，研究人員主要集中在Ⅳ碳族二維體系，忽視了V氮族。該工作設計的砷烯銻烯，及近兩年發展迅猛的磷烯，有可能共同掀起氮族二維半導體實驗和理論研究的熱潮。該工作在線3天內即獲得了國際同行的廣泛興趣。一方面，從arXiv預印本文庫獲悉，該工作已經被愛爾蘭都柏林圣三一學院Jonathan N. Coleman教授正面引用。另一方面，該工作已經被NanoWerk,ChemistryViews,Nature等國際學術媒體進行了亮點報道。

以上研究得到了科技部國家重大科學研究計劃、基金委優秀青年基金、江蘇省納米材料與裝備協同創新中心的資助。

(信息來源：科學網)

Determination of Sophoridine by Electrochemiluminescence Based on Nano-Au/Silica sol/PVP Modified Gold Electrode

LI Yan-qing1,LUO Ying2,YANG Lan-lan1,CHENG Hao1,HUANG Wen-yi1,LI Li-jun1*

(1.College of Biological and Chemical Engineering,Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545006,China；2.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545616,China)

2014-09-12；

2014-10-20

國家自然科學基金資助項目(20665001)；廣西自然科學基金資助項目(0640029 )；廣西高校科學技術研究項目(2013YB176)；廣西科技大學科學基金項目(1261115，1419217)

10.3969/j.issn.1004-4957.2015.02.015

O657.1；TQ460.72

A

1004-4957(2015)02-0210-06

*通訊作者：李利軍，博士，教授，研究方向：分析化學、生化過程檢測與控制，Tel:0772-2685028，E-mail:lilijun0562 @sina.com