藥物與生物分子在鎳（復合）修飾電極上的電化學行為研究進展

崔聞宇，權茂華，樊 宇，張 喬，賈 琦

（1.哈爾濱商業大學藥學院，黑龍江哈爾濱150076；2.北京科技大學材料科學與工程學院粉末冶金研究所，北京100083）

惡性腫瘤是導致人類死亡的重要原因之一，預計2020年，全球惡性腫瘤病例將達到4 500萬（我國占1／5），死亡1 000萬（我國占1／4）。迅速增長的癌癥病例已經成為世界各國健康醫療系統不堪承受之重。

電化學方法是一種理想的檢測方法，在提高選擇性、靈敏度和儀器的小型化等方面具有獨特的優越性。電化學生物傳感器可以快速、簡單、靈敏地檢測藥物與生物分子的電化學行為，從而探討藥物與生物分子的相互作用，在藥物的開發與檢測領域具有重要的理論意義。而電極的表面修飾技術因可極大地提高電化學生物傳感器的靈敏度，且具有很高的識別專一性，受到研究者的關注［1］。作者在此按金屬鎳修飾電極、金屬鎳復合材料修飾電極進行分類，討論了金屬鎳（復合）修飾電極上藥物與生物分子的電化學行為，綜述了金屬鎳（復合）修飾電極在藥物與生物分子檢測領域的應用現狀，并對離子液體電沉積制備金屬鎳（復合）修飾電極的研究概況進行了介紹。

1 金屬鎳修飾電極上藥物與生物分子的電化學行為

1.1 離子注入法制備金屬鎳修飾電極上藥物與生物分子的電化學行為

李啟隆課題組采用離子注入技術研制了金屬鎳修飾電極，并基于此電極對藥物與DNA、蛋白質的電化學行為進行了研究。胡勁波等［2］采用離子注入法制備了金屬鎳修飾電極，在0.05mol·L－1Tris－0.5mol·L－1NaCl緩沖溶液（pH 值7.1）中，研究了該電極上米托蒽醌（MX）與DNA 相互作用的電化學行為，結果表明，MX 與DNA 可形成一種非電活性的結合物，使MX 峰電流降低（圖1），據此可以測定DNA。該電極穩定性和重現性均較好，靈敏度較高。

圖1 MX與DNA相互作用的線性掃描伏安曲線Fig.1 Linear sweep voltammograms of interaction between MX and DNA

胡勁波等［3］還研究了該電極上博萊霉素（BLM）與DNA 相互作用的電化學行為，結果發現，BLM 在0.1 mol·L－1HAc－NaAc溶液（pH 值4.62）中，在Ni／玻碳電極（GCE）離子注入修飾電極上的還原屬具有加速作用的不可逆過程，注入的Ni加速了BLM 的還原（圖2），進一步證實該電極可用于DNA 的測定。

圖2 BLM 與DNA相互作用的線性掃描伏安曲線Fig.2 Linear sweep voltammograms of interaction between BLM and DNA

1.2 滴涂法制備金屬鎳修飾電極上藥物與生物分子的電化學行為

李衛娟等［4］采用滴涂法制備了鎳納米粒子修飾電極，并研究了多巴胺（DA）在0.1mol·L－1磷酸緩沖溶液（pH 值6.0）中的電化學行為，結果表明，該金屬鎳修飾電極對DA 具有靈敏的響應性，檢出限可達6.5×10－9mol·L－1，與目前常用的DA 檢測法（如流動注射化學發光法［5－6］、高效液相色譜法［7］、熒光法［8］）相比，具有靈敏度高、操作簡單、檢測快速等優點。

2 金屬鎳復合材料修飾電極上藥物與生物分子的電化學行為

金屬鎳復合材料修飾電極廣泛應用于生物電化學領域。Salimi等［9］采用電沉積的方法將氧化鎳納米粒子固定在GCE 上，在－0.1～1.0V 電壓范圍內進行循環伏安掃描，再將鳥嘌呤修飾到電極上制備鳥嘌呤／氧化鎳納米粒子修飾電極，對胰島素進行測定。該電極在生理pH 值條件下，能夠降低胰島素的過電位，起到催化作用，其檢出限為22×10－12mol·L－1。Yang等［10］采用模板法制備了具有三維多孔結構的組氨酸／鐵鎳復合物納米管，由于具有電導率良好、比表面積較大、電活性位點較多、與GCE表面固定牢固的特點，使得金納米粒子有效地吸附在組氨酸／鐵鎳復合物納米管表面。該修飾電極可以選擇性催化葡萄糖的氧化，對葡萄糖測定的線性范圍為2×10－6～2×10－2mol·L－1。Xiao等［11］采用脈沖電沉積法將Pt、Ru、Ni三元合金沉積在多壁碳納米管（MWNTs）和離子液體凝膠上，并通過掃描電子顯微鏡觀察其表面形貌（圖3）。其中，PtRuNi－MWNTs－IL修飾的GCE可用于檢測乙醇，且具有響應時間短、檢測范圍寬、靈敏度高、重現性和穩定性好等優點。

圖3 MWNTs（a）、MWNTs－IL（b）、PtRuNi－MWNTs（c）和PtRuNi－MWNTs－IL（d）的SEM 照片Fig.3 SEM Images of MWNTs（a），MWNTs－IL（b），PtRuNi－MWNTs（c）and PtRuNi－MWNTs－IL（d）

Safavi等［12］將納米Ni（OH）2、離子液體、石墨混合，制備了Ni（OH）2修飾的碳離子液體電極（CILE），Ni2＋／Ni3＋氧化還原電對在堿性條件下可以催化葡萄糖，葡萄糖的檢測范圍為50×10－6～23×10－6mol·L－1，檢出限為6×10－6mol·L－1。該電極對抗壞血酸和尿酸等血液中的常見物質有良好的抗干擾能力。

3 離子液體電沉積制備金屬鎳（復合）修飾電極的研究概況

傳統電解液（水溶液和普通有機溶劑）是電沉積技術常用的電解液，隨著電化學技術的發展，其缺陷（如析氫導致的鍍膜結構松散）逐漸顯現。自1951 年，Hurley等［13］報道了由AlCl3和溴化乙基吡啶形成的室溫離子液體進行金屬的電沉積后，離子液體作為電沉積電解液的研究迅速展開。所謂離子液體，是指在室溫及相近溫度下完全由離子組成的有機液體物質，也稱室溫熔融鹽。離子液體由于具有特殊的物理化學性能（如電化學窗口寬、蒸汽壓低、溶解性好、可形成特殊結構沉積薄膜等），越來越多地應用于電化學領域［14－16］。除了作為支持電解質用于電化學過程，離子液體還可以作為修飾劑用于修飾電極的制備［17－18］。離子液體電沉積制備金屬修飾電極，可從根本上解決傳統電解液電沉積過程析氫導致的鍍層結構松散問題。

國內外學者采用離子液體電沉積法在金屬鎳（復合）修飾電極的制備領域開展了廣泛的研究。Freyland等［19］在納米尺度下研究了離子液體［BMIM］Cl、［BMIM］PF6中鎳的欠電勢沉積時的生長過程，結果發現，鎳在二維生長條件下為單層生長，而在一定的超電勢條件下，鎳首先沉積在基體上，其后呈三維柱狀生長。高麗霞等［20］在含Ni2＋的2AlCl3／Et3NHCl離子液體中的銅電極上通過恒電位電沉積金屬鎳，并采用循環伏安和計時電流法揭示了銅電極上沉積金屬鎳的成核機理為受擴散控制的三維瞬時成核。在離子液體中可電沉積鋁鎳合金，并且通過控制沉積電壓和離子液體的種類調節合金的組成，前提是金屬的沉積還原電位相近［21］。Ueda等［22］在［EMIm］AlCl4鋁氯酸離子液體中將Cr引入鋁鎳合金中，在－0.2V 恒電位條件下，合金組成原子比Al∶Cr∶Ni＝97∶2∶1，采用脈沖法可將Ni含量提高至27%。

4 展望

離子注入法、離子液體電沉積法和滴涂法是制備鎳（復合）修飾電極常用的方法。但離子注入法需要使用大型專業實驗設備——金屬蒸汽弧（MEVVA）源離子注入機；滴涂法制備的鎳（復合）修飾電極修飾層與基底層結合度不夠理想；而離子液體電沉積法制備的鎳（復合）修飾電極，可通過改變電沉積工藝參數很容易控制修飾層晶粒的尺寸和取向，且消除了析氫導致的鍍層結構松散，使修飾層與基底層結合牢固，而且制備過程不受大型專業實驗設備的限制，在研究藥物與生物分子的電化學行為方面潛力巨大。

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