一种生物硫醇电化学传感器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种生物硫醇电化学传感器，包括工作电极、参比电极、对电极和支持电解质溶液；所述工作电极为在基体电极表面修饰金纳米簇制得，所述支持电解质溶液中含有电化学探针，所述金纳米簇的保护剂为芳基硫醇；所述电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：对基体电极进行抛光处理；将金纳米簇溶液滴涂在抛光后的基体电极表面，晾干；将得到的电极循环伏安扫描直至得到稳定的曲线，本发明专利技术所述生物硫醇电化学传感器具有选择性和灵敏度高、检出限低、线性范围宽、响应迅速等优点，能够用于血清、尿样等样品中生物硫醇的检测。

A biosensor electrochemical sensor and its preparation and Application

The invention provides an electrochemical biosensor for biothiols, which comprises a working electrode, a reference electrode, a pair of electrodes and a supporting electrolyte solution. The preparation method of the electrochemical sensor comprises the following steps: polishing the substrate electrode; dropping the gold nanocluster solution onto the polished substrate electrode surface and drying; scanning the obtained electrode by cyclic voltammetry until a stable curve is obtained; and the biothiol electrochemical sensor has selectivity. It has the advantages of high sensitivity, low detection limit, wide linear range and rapid response. It can be used for the detection of biothiols in serum and urine samples.

【技术实现步骤摘要】
一种生物硫醇电化学传感器及其制备方法与应用
本专利技术涉及电化学分析
，具体是一种生物硫醇电化学传感器及其制备方法与应用。
技术介绍
半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽等生物硫醇是一类在生物体内发挥重要生理作用的巯基化合物，在维持细胞内氧化还原平衡、信号传导、基因调控等诸多生理过程中扮演了重要角色。生物体内硫醇浓度的不正常的表达与很多疾病相关。例如半胱氨酸的缺乏会导致各种健康问题，如生长迟缓、毛发色素脱失、嗜睡、肝脏和皮肤组织损伤以及脂肪损失等。因此，硫醇含量的检测对许多疾病的诊断有着重要意义。目前已报道的生物硫醇的检测方法有高效液相色谱法、毛细管电泳法、荧光检测、质谱法等。高效液相色谱法和质谱法仪器成本高，且需要专业人员操作。而光谱法又受生物硫醇在紫外可见光谱区的摩尔吸光系数低、自身又无荧光的限制，通常需要通过巯基衍生化处理或借助与荧光探针的相互作用进行各种光谱法测定。电化学分析技术具有灵敏度高、分析速度快、操作简单、价格便宜且易于微型化、可实现在线活体分析等优点。半胱氨酸等生物硫醇直接电氧化信号可以产生微弱的氧化电流，且过电位高，文献中的生物硫醇电化学检测方法多是借助各种纳米材料与功能物质修饰电极在研究生物硫醇电催化氧化的基础上提高其检测灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种生物硫醇电化学传感器，所述电化学传感器具有制备简单、响应迅速、选择性和灵敏度高的优点。本专利技术的另一目的在于提供一种上述生物硫醇电化学传感器的其制备方法和应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种生物硫醇电化学传感器，包括工作电极、参比电极、对电极和支持电解质溶液；所述工作电极为在基体电极表面修饰金纳米簇制得，所述支持电解质溶液中含有电化学探针，所述金纳米簇的保护剂为芳基硫醇。优选的，所述基体电极为玻碳电极；所述电化学探针为铁氰化钾。优选的，所述芳基硫醇为苯乙硫醇、甲苯硫醇或氨基苯硫醇。一种上述生物硫醇电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)对基体电极进行抛光处理；(2)将金纳米簇溶液滴涂在抛光后的基体电极表面，晾干；(3)将步骤(2)得到的电极循环伏安扫描直至得到稳定的曲线。优选的，所述步骤(1)中采用0.05μm的Al2O3粉末对基体电极进行抛光处理后，在超纯水中超声处理1分钟，室温下干燥。优选的，所述基体电极为玻碳电极。优选的，步骤(2)中所述金纳米簇溶液的制备方法是：1)将溶有四辛基氯化铵的二氯甲烷与25mmol/L的氯金酸溶液混合，搅拌15分钟后移去水相，置于冰浴中冷却；2)往步骤1)所得溶液中加入芳基硫醇后搅拌至溶液呈无色透明状；3)往步骤2)所得无色透明溶液中加入NaBH4溶液，反应4h后，在室温下搅拌6～7h后在4℃下老化过夜。优选的，步骤2)中所述芳基硫醇为苯乙硫醇、甲苯硫醇或氨基苯硫醇。所述生物硫醇电化学传感器在生物硫醇电化学检测中的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的生物硫醇电化学传感器以芳基硫醇保护的金纳米簇修饰的基体电极为工作电极，利用生物硫醇与电极表面修饰的金纳米簇的保护剂芳基硫醇之间的配体交换，引起电极表面的界面阻抗减小，借助电化学探针的氧化还原电流的增加，实现生物硫醇的定量检测，该传感器仅对溶液中的半胱氨酸、同型半胱氨酸和谷胱氨肽等生物硫醇响应，对其他氨基酸和含硫阴离子无响应，具有高的选择性；由于生物硫醇与金纳米簇的保护剂芳基硫醇之间的配体交换反应迅速且对界面阻抗的影响显著，使得本专利技术所述生物硫醇电化学传感器响应迅速且检出限低，可达5×10-8mol·L-1，能够用于血清、尿样等样品中生物硫醇的检测。附图说明图1.本专利技术所述金纳米簇的紫外可见光谱图；图2.本专利技术所述金纳米簇的透射电镜图；图3.本专利技术所述金纳米簇的X射线衍射图；图4.本专利技术所述金纳米簇的电化学行为图；图5.本专利技术所述金纳米簇修饰的电极在铁氰化钾溶液中的循环伏安图；图6.本专利技术所述金纳米簇修饰的电极的电化学阻抗图；图7.本专利技术所述电化学传感器对半胱氨酸的循环伏安响应图；图8.本专利技术所述电化学传感器对应于半胱氨酸响应的微分脉冲伏安图及相应的峰电流与浓度的关系图；图9.本专利技术所述电化学传感器对应于同型半胱氨酸响应的微分脉冲伏安图及相应的峰电流与浓度的关系图；图10.本专利技术所述电化学传感器对应于谷胱甘肽响应的微分脉冲伏安图及相应的峰电流与浓度的关系图；图11.本专利技术所述电化学传感器对12种常见氨基酸和3种生物硫醇的响应对比柱状图；图12.本专利技术所述电化学传感器随着半胱氨酸浓度变化的界面阻抗图；图13.本专利技术所述电化学传感器在半胱氨酸溶液中浸泡过后的表面能谱图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所述生物硫醇电化学传感器以芳基硫醇保护的金纳米簇修饰的基体电极为工作电极，利用生物硫醇与电极表面修饰的金纳米簇的保护剂芳基硫醇之间的配体交换，由于生物硫醇保护的金纳米簇对电子传递的抑制作用减弱，引起电极表面的界面阻抗减小，使电化学探针的峰电流逐渐增大，实现生物硫醇的定量检测，该传感器仅对溶液中的半胱氨酸、同型半胱氨酸和谷胱氨肽等生物硫醇响应，对其他氨基酸和含硫阴离子无响应，具有高的选择性。实施例1.苯乙硫醇保护的金纳米簇的制备：将0.256g相转移剂四辛基氯化铵溶于10mL二氯甲烷中，与16mL25mmol/L的氯金酸溶液混合，搅拌15分钟后移去水相，用冰浴将含四氯金酸离子的二氯甲烷溶液冷却至约0℃，加入145μL苯乙硫醇，搅拌至溶液转变为无色透明状后，迅速加入7mL0.57mol/L的用冰水新鲜配制的NaBH4溶液，反应4h后撤去冰浴，再在室温下搅拌6～7h后在4℃下老化过夜。2.生物硫醇电化学传感器的制备：将直径为3mm的玻碳电极用0.05μm的Al2O3粉末进行抛光处理后，在铁氰化钾溶液中扫描循环伏安曲线，直至其氧化还原峰值差在70mV以下，然后在超纯水中超声处理1分钟，室温下干燥。将所制备的金纳米簇溶液小心地滴加在电极表面，置于通风处中晾干，然后将电极置于铁氰化钾溶液中循环伏安扫描直至得到稳定的曲线；支持电解质为0.1mol/L的KCl溶液，其中铁氰化钾的浓度为5mmol/L，参比和对电极分别采用饱和甘汞电极和铂电极，扫描范围为–0.2～0.6V，所述玻碳电极的表观面积约为0.071cm2。3.所述生物硫醇电化学传感器在生物硫醇检测中的应用：分别以芳基硫醇保护的金纳米簇修饰的基体电极、饱和甘汞电极和铂电极为工作电极、参比电极和对电极，组成三电极体系，接入电化学工作站，支持电解质为0.1mol/L的KCl溶液，其中所含电化学探针铁氰化钾的浓度为5mmol/L，向其中加入含有生物硫醇的溶液或样品后记录微分脉冲伏安图，所述微分脉冲伏安图的测量设定脉冲宽度0.02s，脉冲高度0.04V，脉冲周期0.1s。电位范围为–0.2～0.5V。测试例1.本专利技术所述金纳米簇的表征：图1所示为金纳米簇的紫外可见光谱图，由图中可观察到两个以～445和～716本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物硫醇电化学传感器，其特征在于，包括工作电极、参比电极、对电极和支持电解质溶液；所述工作电极为在基体电极表面修饰金纳米簇制得，所述支持电解质溶液中含有电化学探针，所述金纳米簇的保护剂为芳基硫醇。

【技术特征摘要】
1.一种生物硫醇电化学传感器，其特征在于，包括工作电极、参比电极、对电极和支持电解质溶液；所述工作电极为在基体电极表面修饰金纳米簇制得，所述支持电解质溶液中含有电化学探针，所述金纳米簇的保护剂为芳基硫醇。2.根据权利要求1所述的一种生物硫醇电化学传感器，其特征在于，所述基体电极为玻碳电极；所述电化学探针为铁氰化钾。3.根据权利要求1所述的一种生物硫醇电化学传感器，其特征在于，所述芳基硫醇为苯乙硫醇、甲苯硫醇或氨基苯硫醇。4.一种如权利要求1～3任意一项所述的生物硫醇电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对基体电极进行抛光处理；(2)将金纳米簇溶液滴涂在抛光后的基体电极表面，晾干；(3)将步骤(2)得到的电极循环伏安扫描直至得到稳定的曲线。5.根据权利要求4所述的一种生物硫醇电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用0.05μm的Al2O3粉末对基体电极进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏芳，侯聪慧，乔哲，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61