基于银纳米-聚多巴胺-石墨烯复合纳米材料检测鸟嘌呤和腺嘌呤的电化学传感器外文翻译资料

 2022-10-11 20:04:37

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于银纳米-聚多巴胺-石墨烯复合纳米材料检测鸟嘌呤和腺嘌呤的电化学传感器

摘要

通过一种简单易行的方式合成一种多功能的银纳米（AgNPs）-聚多巴胺（Pdop）@石墨烯（Gr）复合纳米材料。在室温下，先将Pdop负载在Gr表面，然后将AgNPs通过慢慢搅拌的方式与其堆积在一起。这种纳米材料可以用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）来表征。鸟嘌呤和腺嘌呤作为一类分子模型，可通过它们在AgNPs–Pdop@Gr复合材料修饰的电极上的电化学响应来研究复合材料的性能，该复合材料分别与Gr修饰的玻碳电极和AgNPs修饰的玻碳电极相比，AgNPs–Pdop@Gr复合材料修饰的玻碳电极表现出更良好的电子传输能力。用AgNPs–Pdop@Gr复合材料修饰的电极对鸟嘌呤和腺嘌呤进行检测，分别得到了0.04-50mu;m和0.02-40mu;m的线性范围，以及4.0nm和2.0nm的检测限。这种方法已经用于鱼精液中的腺嘌呤和鸟嘌呤的同步检测。检测结果证明AgNPs–Pdop@Gr复合材料在生物传感方面是一种很有前景的、优良的电极催化剂。

  1. 介绍

鸟嘌呤和腺嘌呤是脱氧核糖核酸的重要组成部分，也是生命进程的重要角色。

它们对于冠状动脉和脑循环有广泛的影响，可以防止心律不齐，抑制神经递质释放。因此，对于鸟嘌呤和腺嘌呤的检测在生物科学和临床诊断中有重大意义。

电化学方法在测定鸟嘌呤和腺嘌呤方面已经有广泛的应用。然而，低浓度的生物样品和它们复杂的结构，使鸟嘌呤和腺嘌呤的检测具有挑战性。探索一种新的方法使信号放大来增加检测的灵敏度是很重要的。少数的方法研究过增强信号，例如酶标法、滚动扩增法和纳米材料引入法。在这些方法之中，纳米材料由于其固有的优点获得了更多的关注，例如低消耗、良好的热稳定性和高的表面积。

Gr因为其独一无二的物理和化学的性能，使得人们对其有强烈的研究兴趣，例如高的表面积、高的电导率、良好的化学稳定性以及高机械强度等。这些性能使它变成了大多数功能装置的候选材料。例如电极、传感器、太阳光电板和光电探测器。AgNPs有良好的导电性和高的电化学催化性。AgNPs的用途主要是用于掺杂银的纳米材料中以及扩大其在生物传感器中的应用。有报道称它在电催化剂应用中是集合了碳基础材料和金属纳米粒子的协同作用，所以这也是Gr和AgNPs的结合让人期待在鸟嘌呤和腺嘌呤的电氧化方向获得相似影响的一个原因。

近来，一个薄的、表面附着和多功能的生物高聚物-多巴胺层（Pdop），准备通过在水溶液中多巴胺的自聚反应，广泛应用到无机和有机材料中。多种附着层，包括通过长链分子沉积的自聚单分子层，通过无电镀的金属化和通过大分子嫁接法的生物活性表面构建的金属薄膜被用于制造生物高聚物-多巴胺的表面层。多巴胺的聚合作用提供了一个表面功能化和一个新的表面修饰的方法。在本文的研究中，一个新的多功能的银纳米（AgNPs）-聚多巴胺（Pdop）@石墨烯（Gr）复合纳米材料，首先室温下通过多巴胺在Gr上的氧化使之附着在Gr表面，然后通过慢慢搅拌使纳米银沉积上去。AgNPs–Pdop@Gr复合材料修饰的玻碳电极（GCE）在醋酸盐缓冲溶液中对鸟嘌呤和腺嘌呤展示出良好的催化性能。

2. 实验

2.1 化学药品和材料

石墨粉、联胺溶液（质量百分比50%）和氨溶液（质量百分比28%）都是从从上海化学试剂公司购买的。鸟嘌呤、腺嘌呤、硝酸银、盐酸多巴胺（DA）和三羟甲基氨基甲烷（Tris）从西格玛（圣路易斯，密苏里州，美国）购买。醋酸缓冲溶液（ABS）是通过混合0.1M乙酸和乙酸钠，然后用氢氧化钠调整pH值得到的。所有的化学药品都是分析纯的，并且所有实验都使用双蒸水。

2.2 装置

电化学测量是在型号为CHI 660的电化学工作站进行的（上海辰华仪器，中国）。整个实验用的是通用的三电极体系。工作电极是玻碳电极，一支预处理过的或者AgNPs–Pdop@Gr复合材料修饰过的玻碳电极（直径为3.0mm）；辅助电极是铂丝电极，参比电极是饱和甘汞电极(SCE)。电化学阻抗反应(EIS)是在5.0mM铁氰化钾/亚铁氰化钾（1/1）混合溶液（含0.1M氯化钾溶液，作为支持电解液）中进行的，在Autolab电化学工作站（Autolab，生态化学，荷兰）上通过5mV的交流电压，在0.1-105Hz的频率内进行实验。这种纳米复合材料的形态通过一台型号为JEM2100的透射电子显微镜(TEM)和一台型号为日立S-4800的扫描电子显微镜(SEM)进行表征。

2.3 石墨烯及其功能化产品的准备

氧化石墨烯(GO)是用石墨粉通过改进的Hummers方法合成的。在一个典型工艺中，5g石墨缓慢地加入一个浓硫酸（87.6mL）和发烟硝酸（45mL）混合溶液中（警告：浓硫酸和发烟硝酸具有强氧化性，处理时应当小心!）。之后在混合物中加入氯酸钾（55g），保持搅拌96h。然后将悬浮液倒入水中，过滤，得到GO。在80℃下干燥后，将0.5g氧化石墨烯加入500mL水中，通过超声处理使之形成1mg mL-1的悬浮液。为了得到石墨烯，在80℃的条件下用水合联氨通过化学还原氧化石墨烯的悬浮液，反应24h，最终的产品使用过滤的方法分离，然后用双蒸水和乙醇洗涤。得到的产品在真空条件下干燥，就得到了石墨烯。

AgNPs–Pdop@Gr复合材料制备如下：100mg的Gr通过声波降解法在100mL的水中分散，然后将200mg的DA和120mg的Tris加入上述溶液中，在冰水浴中通过1分钟的声波降解法分散。混合物在室温下用磁力搅拌20h。产品经过过滤、洗涤，在60℃的真空条件下干燥一晚上，就获得了Pdop@Gr。为了将AgNPs沉积在Pdop@Gr的表面上，25.0mL的硝酸银溶液（1.0mM）加入25.0mg的Pdop@Gr中。在室温下，将混合物慢慢搅拌2h，然后通过过滤、洗涤产品后，在60℃的真空条件下干燥，获得AgNPs–Pdop@Gr复合材料。

2.4 AgNPs–Pdop@Gr复合材料修饰玻碳电极

对于电极的制备，1mg AgNPs–Pdop@Gr复合材料通过超声使之在10mL的DMF溶液中分散，得到黑色的悬浮液。GCE（直径为3mm）用0.3和0.05mu;m的氧化铝小心抛光，然后分别在水中和乙醇中用超声波处理。然后，使用微量取样器量取8mu;L的悬浮液滴加至GCE的表面，在室温下干燥（30min），获得AgNPs–Pdop@Gr/GCE。没有AgNPs的Gr/GCE和没有石墨烯的AgNPs/GCE都用相同的步骤制备。在伏安法测定之前，修饰好的电极在pH为4.0，浓度为0.1M ABS中，在0.5V到1.4V(扫描速度为100mV s-1)的电势范围内扫描5圈。修饰好的电极表面完全浸润后在上述提到的电势条件下扫描很容易完成电极表面的活化。

2.5 DNA样品的制备

根据之前的报道对双链DNA进行热变形的制备。简而言之，3mg鱼精液DNA在一个10mL的密封的玻璃管中，加入1mL的1M盐酸。然后加热到水沸腾（100℃）保持80min，再加入1mL的1M氢氧化钠。冷却至室温以后，溶液用0.1M的PBS溶液（pH 7）稀释至10mL。

3. 结果与讨论

3.1 表征

AgNPs–Pdop@Gr复合材料通过SEM和TEM测试形貌。Fig. S1a展示了制备的Gr通过SEM看到的结构，可以由图看到Gr有片状的形状。Fig. S1b展示了制备的AgNPs–Pdop@Gr复合材料通过SEM看到的图像，很明显看出AgNPs在Pdop@Gr的结构中，证明了复合过程良好。Pdop作为一个粘性试剂连接了Gr和AgNPs。这些形态特性使得材料有高的装载鸟嘌呤和腺嘌呤的能力，以及对底物的快速响应。Fig. S1c显示了在TEM下典型的Gr纳米结构。Fig. S1d展示了TEM下制备的Pdop@Gr的图像。透明的Gr变成黑色的纳米结构，由图可以看出Pdop成功的附着在Gr上。TEM图像（Fig. S1e）展示了AgNPs堆积在Gr的表面。然而，这些纳米材料的大小不尽相同，分布也不均匀。原因或许是AgNPs在Pdop@Gr基底物质形成时，搅拌不均造成的。事实上，这是一个增加目标分子固定在复合材料表面的优点。即使在用超声波分散AgNPs–Pdop@Gr复合材料之后用透射电子显微镜表征，也可以看到这些AgNPs牢固的附着在Gr上。能谱测量是为了验证AgNPs存在Gr中（Fig. S1f）。

3.2 电化学活性

不同电极运输电子的能力可以通过交流阻抗实验来研究，实验结果展示在Fig. S2。不同电极电荷转移阻力的值按顺序排为：GCE（a，742.6Omega;）＞AgNPs/GCE（b，627.3Omega;）＞Gr/GCE（c，498.2Omega;）＞AgNPs–Pdop@Gr/GCE（d，245.6Omega;）。这个结果证实了AgNPs–Pdop修饰的玻碳电极比其他电极有更好的电化学活性。

电极的分析工具对电极的电势窗口可能有一个很大的影响。在Fig. S3中，AgNPs–Pdop@Gr/GCE（d）在浓度为0.1M，pH为4.0的ABS溶液中的电势窗口约为2.75V，可以比得上GCE（a）和AgNPs–Pdop@Gr/GCE（c），并且比AgNPs/GCE（b）优良。

Fig. S4描述了不同电极还原1mM铁氰化钾混合2M氯化钾的溶液的计量电量曲线。根据下面的方程式：

Q=（2nFAD01/2pi;-1/2C0）t1/2 （1）

Q是减少电荷的绝对值，n是还原的电子数，F是法拉利常数，A是表观电极面积，D0是氧化型的扩散系数，铁氰化物（Ⅲ），C0是氧化型的体积浓度，t是时间。通过曲线Q- t1/2，不同电极的A数值按顺序为：AgNPs–Pdop@Gr/GCE（d）＞Gr/GCE（c）＞AgNPs/GCE（b）＞GCE（a）。这意味着AgNPs–Pdop@Gr/GCE有最大的表面积，在这些电极中该电极可能有最好的电化学性能。

不同修饰电极在含有Fe(CN)63minus;/4minus;的溶液中的电化学响应被研究（Fig. S5）。Fe(CN)63minus;/4minus;在玻碳电极上的反应接近一个典型的准可逆体系。对于AgNPs–Pdop@Gr/GCE，峰电流最高，这表明从力学上看这个复杂的氧化还原系统，AgNPs–Pdop@Gr薄膜拥有必要的表面结构和电子性质来支持电子的快速转移。

3.3 鸟嘌呤和腺嘌呤的电催化氧化

鸟嘌呤在不同电极上的电化学行为见Fig. 1。1mu;M鸟嘌呤在0.1M的ABS（pH 4.0）溶液中，d是在AgNPs–Pdop@Gr/GCE上的DPV曲线。作为比较，在GCE上进行类似的DPV曲线，见曲线a，展示了一个很宽的氧化峰，并且由于鸟嘌呤氧化过程的电子转移缓慢导致了峰电流相当弱。然而，在AgNPs/GCE上观测到一个增加的氧化峰（曲线b），这个氧化峰大约比裸电极的峰值高1.7倍，表明AgNPs可以有效地促进鸟嘌呤氧化反应中的电子转移。并且，对比GCE，Gr/GCE的峰值响应增强了3.8倍（曲线c）。AgNPs–Pdop@Gr/GCE峰电流有5.6倍的增强（曲线d），表明AgNPs–Pdop@Gr/GCE催化性能高于Gr/GCE。鸟嘌呤氧化反应的催化活性有如此大的增加，归因于Pdop@Gr紧密的散布着AgNPs，产生了一个非常有效地表面积和很高的电子转移速率。同样地，如图Fig. 2 和Fig. 3，在腺嘌呤氧化和同时氧化鸟嘌呤和腺嘌呤的时候，AgNPs/GCE和Gr/GCE也显示了很好的电催化性能，当然电催化活性最高的还是AgNPs–Pdop@Gr/GCE。

我们对不同缓冲溶

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[151332]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章