多巴胺電化學傳感器專利技術綜述

馬慧媛

摘? ?要：多巴胺（DA）是兒茶酚乙胺族中的一種激素，是哺乳動物和人類中樞神經重要的信息傳遞物質。建立簡單、快速、準確檢測多巴胺方法是研究人員一直追求的目標，電化學修飾電極檢測多巴胺是較為重要的方法之一，本文總結了近些年來多巴胺電化學傳感器的各類專利和研究進展，并對專利研究技術以及專利申請的情況進行總結分析。

關鍵詞：多巴胺? 傳感器? 專利分析

中圖分類號：S513? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0071-03

多巴胺（Dopamine，DA）的化學名稱為3， 4-二羥基-β-苯乙胺，可以作為擬腎上腺素藥，還廣泛用于治療神經紊亂、先天性心血性及高血壓等疾病，還能夠治療抑郁癥[1]。因此，對其含量測定方法的研究無論是在臨床應用方面還是在生理功能研究都具有重要的實際意義。

本文探究了多巴胺的測定中常見的化學修飾電極材料：聚合膜、Nafion 膜、碳納米材料和復合材料[2-4]，并重點分析了多巴胺電化學傳感器的主要申請人、電極修飾材料等分布信息，以及近年來技術發展趨勢。

1? 多巴胺電化學傳感器化學修飾電極分類

1.1 聚合膜

韓國AHAMMAD A等在KR20090045491A專利中使用硫堇作為單體，通過循環伏安法在電化學預處理的金或鉑電極的表面上合成硫堇聚合物，獲得導電聚合物電極，可同時檢測多巴胺，抗壞血酸和尿酸，對多巴胺的檢測限約1.8μM;南京工業大學的專利CN101576525A，在玻碳電極表面沉積聚沒食子酸薄膜，制得的電極既能選擇性地響應DA，還可以排除AA對DA檢測的干擾;專利US2019004001A1在氧氣，氮氣或其它惰性氣體的氣氛下，等離子體真空環境沉積電化學惰性聚合物，如聚乙烯，聚（四亞甲基琥珀酸酯），聚丙烯，聚乙烯吡咯烷酮，聚環氧乙烷等，拓展了聚合膜的使用材料。

1.2 Nafion膜

ATSUSHI TANAKA A在專利BR0301776A中通過摻雜催化劑銅的雙（2，2-二苯基）氯化物絡合物的改性Nafion膜，用于多巴胺檢測，傳感器響應時間只有0.5s;首爾國立大學產業大學合作基金會在KR20180103653A公開了場效應晶體管包括基板，在基板上以單向布置，在其上的功能層是選擇性地傳輸離子的高分子膜Nafion，與碳納米管相比，表面積較小;在CN105929000A中還公開一種Nafion功能化三維含氮石墨烯/MoS2糊電極的制備方法，并用于同時檢測神經遞質5?羥色胺和多巴胺，檢測限為0.05μmol/L。

1.3 碳納米材料

ALEXANDER S在WO2019008601A1中通過制備石墨烯基復合材料檢測多巴胺，包括通過使用乙酸鋅二水合物（（Zn（CH3COO）2·2H2O）和氯化錫（II）二水合物（SnCl2·2H2O）鹽的水熱處理制備鋅-錫（IV）氧化物（Zn-SnO2）納米結構，將納米結構，氨和水合肼添加到氧化石墨烯分散體中，復合材料對多巴胺檢測限可達到5mM;哈爾濱理工大學在CN108862251A中公開通過水合肼還原法制備出低成本、高產量的超細鎳粉，然后以該鎳粉為模板通過化學氣相沉積法制備出高質量、比表面積大、生物相容性好的三維石墨烯材料;上海交通大學在CN110006966A中以碳材料作為有機電化學晶體管的多巴胺傳感器的柵電極，制備一種檢測多巴胺的非侵入式柔性傳感器及其制備方法。

1.4 復合材料

KIM J H在KR20130085737A中的工作電極為摻硼金剛石薄膜/聚苯胺/金納米顆粒電極，金屬納米粒子催化劑和納米結構的復合材料與導電聚合物在電化學傳感器的協同作用提高多巴胺的檢測效果，且不受抗壞血酸影響;西南大學在CN107238651A中使用沸石咪唑類骨架材料（ZIF?8）在玻碳電極表面構建基于沸石咪唑類骨架材料的電化學傳感器，表面修飾全氟磺酸質子膜溶液（Nafion），其抗干擾能力強，靈敏度高;長沙理工大學在CN110082416A中制備3D-PtCu/CNDs/GQDs/GCE復合膜修飾電極，可以對L-酪氨酸和多巴胺同時檢測等步驟，該修飾電極對L-Tyr和DA具有較好的可分辨的電化學響應。

2? 多巴胺電化學傳感器領域專利申請分析

2.1 專利申請趨勢

如圖1是2000—2018年多巴胺電化學傳感器領域申請趨勢歷年分布圖。從中可以看到，全球范圍內的申請趨勢可粗略分為兩個階段，以2016 年為分水嶺，在此之前申請量逐漸增加，這與多巴胺的發展歷程密切相關，1910年英國科學家George首次在實驗室合成了多巴胺，直到2000年諾貝爾醫學獎獲得者Carlsson指出：多巴胺不只是甲狀腺素和去甲腎上腺素的前驅，還是腦內信息傳遞者，才引起科研工作者的重視，直至2002年才出現關于其檢測的專利申請，隨著石墨烯等納米材料的研發，2008年專利申請量加速遞增，在2016年申請量達到最高點64件，之后逐年遞減，這是因為這幾年沒有發現新的材料或者方法，可以明顯提高多巴胺傳感器的性能。

根據圖2世界各國專利申請趨勢所示，中國不是第一個申請多巴胺電化學傳感器專利的國家還是申請量最大的國家，可見我國的技術敏感性很高，截至2018年，我國在多巴胺電化學傳感器領域累計申請量255件，超過排名第二的韓國232件，我國在檢測多巴胺的方向上有諸多研究與應用，美國、世界產權組織、日本等國家緊隨其后，但是申請量與中國相比還有較大差距，韓國的申請量呈現跳躍式變化，申請趨勢并不穩定，但是其專利技術領先于其他國家，其專利申請具有自主創新的材料和檢測方法，美國在2010年申請量達到頂峰，之后逐年遞減。

2.2 國內專利申請人/發明人分析

根據圖3顯示的是國內申請人按照申請量的排序圖，在全球范圍內中國申請人的申請量名列前茅，據調查研究顯示，國外申請人主要的研究方向是新材料、檢測裝置結構的研發和對傳感器材料的優化改進，從整體上提升傳感器在實際使用時的可靠性。而國內申請人主要對傳感器的修飾材料和精度進行優化改進，大幅度的提升傳感器的靈敏度。國內多巴胺電化學傳感器領域的申請量，排名前11位均是中國的重點大學，根據我國申請量的分析，其中申請人為高校的占84.1%，研究所占7.4%，企業僅占7.0%，個人申請占3.1%，申請量居前的以高校為主，高校申請人的專利申請常常與其研究課題、發表論文相關，排名前列的申請人沒有一家科研單位或者企業在列，缺乏具有規模的企業申請人，尚未形成以產業主導的格局，這說明我國還停留在科研探索階段，將前端的研究成果向產業化轉變有一定困難，雖然專利申請數量大技術新，但是實際應用技術還不成熟，需要長時間的探索與嘗試，這指明了未來的研發方向。

2.3 化學修飾材料分類

根據圖4使用材料占比圖可以看出，目前多巴胺電化學傳感器材料主要是聚合膜、Nafion膜、碳納米材料、氨基酸等其他材料，其中占比最大的是聚合膜，占到所有申請的45%，其次是碳納米材料占到全部的35%，上述兩種材料已占全部申請的80%，使用復合材料如金屬有機骨架、分子印跡方法等占比14%，Nafion膜僅有7%。

聚合膜材料在多巴胺電化學領域占比最大，研究時間最早，這是由于聚合物膜修飾電極具有三維空間結構的特征，其電化學響應信號大、活性基的濃度高，十分有利于電催化，電化學穩定性較好，并且制備簡單、重現性好，使聚合物膜修飾電極在傳感器研究方面得到迅速發展。而碳納米材料主要分為石墨烯和碳納米管，分別占比22%和13%，碳納米管能促進電子的傳遞，擁有較大的比表面積，可以作為優良的修飾材料，石墨烯是單片層二維蜂巢狀晶體，具有優異的電化學性能，但是碳納米材料有個缺點是易團聚，現今多使用一些染料或金屬納米材料摻雜結合，可以提高復合材料的分散性，使其具有協同作用。氨基酸、Nafion膜因其操作簡單、快速，有較好的選擇性而倍受研究者關注。分子印跡技術的檢測靈敏度高，但是制備方法繁瑣，穩定性不好有待改進，金屬有機骨架材料是新興材料有待進一步研究。

3? 結語

綜上所述，本文對多巴胺電化學傳感器領域涉及的材料和各自的發展歷程進行了介紹，同時對該領域在國內外的申請量、申請人/發明人、重點專利等內容進行了詳細的分析和介紹。可以看出，該領域的技術發展主要依托于新的加工技術以及材料科學的發展，傳感器檢測精度、選擇性、響應時間一直以來都是研究的重點內容。該領域的專利申請具有涉及面廣和研究方向多的特點，雖然專利技術已經成熟，但是如何將其轉化可以實際應用仍是亟待解決的問題，專利申請人應重視技術產業化的問題，提高產業化能力。

參考文獻

[1] 唐藝桐.多巴胺電化學修飾電極的研究與應用[J].南方農機，2018，49（13）：173，187.

[2] 黃啟同，林小鳳，胡世榮，等.多巴胺檢測方法研究進展[J].汕頭大學學報：自然科學版，2018，33（1）：3-17，2.

[3] 郁惠珍，苗向陽，顧準，等.多巴胺檢測新方法研究進展[J].安徽化工，2017，43（6）：8-10.

[4] 陳丹，何婧琳，李丹，等.多巴胺電化學修飾電極的研究與應用[J].化學傳感器，2016，36（1）：2-9.