CN110044980A - 焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用,属于电化学传感器技术领域。由于焦磷酸钴纳米材料具有纳米尺寸而展现出高的比表面积和催化氧化的电化学活性,将其涂覆在电极上形成工作电极,用于构建NO电化学生物传感器,该传感器可以用于细胞释放NO的实时检测。该传感器在实际检测中展现出极低的检出限和高的选择性,而且其电化学性能稳定、循环使用寿命较长,便于商业化应用。
Description
技术领域
本发明属于电化学传感器技术领域,具体涉及焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用。
背景技术
NO是一种细胞信使分子,它是L-精氨酸和氧气在一氧化氮合酶(NOS)的作用下生成的,可迅速在细胞内扩散或穿越细胞膜,完成第二信使的任务。正常浓度下它参与调节细胞的新陈代谢、增殖、分化、凋亡等生命活动,但浓度过高时则会导致细胞病变,引起不正常细胞死亡,从而导致机体疾病,其中与中枢神经***、心血管***、泌尿生殖***、胃肠道活动、免疫过程等相关的病变常伴随NO浓度的增高而失常。因此,原位实时检测细胞释放的NO对于深入探索其在生物体系中的多样作用是很重要的。
NO检测的方法众多,包括荧光法、比色法、电化学法、色谱法等,其中电化学方法具有简单、灵敏、成本低、检测快速等优点,因此可采用电化学传感器对NO分子进行实时检测。然而高效的NO电化学检测多依赖于贵金属材料的使用,成本高,不利于大规模生成使用。因此,构建基于非贵金属的NO电化学传感器具有巨大的应用前景。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
1、焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用。
优选地,所述一氧化氮电化学传感器包括电化学工作站、表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极、对电极、参比电极、电解池和电解液。
优选地,所述表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极按如下方法制备:将焦磷酸钴纳米材料以2-10mg/mL的配比浓度分散于水中,获得电极修饰溶液,将所述电极修饰溶液涂覆到电极上,干燥即可。
优选地,所述电极为玻碳电极、金电极或丝网印刷电极中的一种。
优选地,所述干燥具体为在20-100℃下干燥10-100min。
优选地,所述焦磷酸钴纳米材料按如下方法制备:将焦磷酸盐溶液和钴盐溶液混匀后获得反应液,将所述反应液于10-80℃下搅拌反应10-16h后离心取沉淀,将所述沉淀洗涤后烘干,即可。
优选地,所述反应液中焦磷酸盐和钴盐的摩尔比为0.4-1.7。
优选地,所述焦磷酸盐为焦磷酸钠或焦磷酸钾中的一种,所述钴盐为氯化钴、乙酸钴或硫酸钴中的一种。
优选地,所述离心的速度为3000-12000r/min,时间为2-20min;所述洗涤具体为以去离子水、乙醇或丙醇为清洗液,在速度为3000-12000r/min下离心洗涤。
优选地,所述烘干在30-120℃下烘干0.5-12h。
本发明的有益效果在于:本发明提供了焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用,由于焦磷酸钴纳米材料具有纳米尺寸而展现出高的比表面积和催化氧化的电化学活性,将其涂覆在电极上形成工作电极,用于构建NO电化学生物传感器,该传感器可以用于细胞释放NO的实时检测。该传感器在实际检测中展现出极低的检出限和高的选择性,而且其电化学性能稳定、循环使用寿命较长,便于商业化应用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为实施例1中制备的焦磷酸钴纳米材料的扫描电镜图;
图2为实施例1中制备的焦磷酸钴纳米材料的X射线衍射图;
图3为实施例2中制备的焦磷酸钴纳米材料的扫描电镜图;
图4为实施例2中制备的焦磷酸钴纳米材料的X射线衍射图;
图5为实施例3中制备的焦磷酸钴纳米材料的扫描电镜图;
图6为实施例3中制备的焦磷酸钴纳米材料的X射线衍射图;
图7为在电压范围为0.3-1.15V下,实施例1中构建的传感器对NO的循环伏安响应测试结果图;
图8为实施例1中构建的传感器在0.95V下测得的对NO的计时电流响应结果图;
图9为由图8获得的NO浓度与电流响应之间的关系曲线图;
图10为实施例1中构建的传感器对不同干扰成分选择性测试结果图;
图11为实施例1中构建的传感器稳定性测试结果图;
图12为实施例1中构建的传感器对细胞释所的NO实时检出测试结果图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
构建一氧化氮电化学传感器,按如下方法进行组装:
(1)制备焦磷酸钴纳米材料
将焦磷酸钠溶液和氯化钴溶液混匀后获得反应液,该反应液中焦磷酸钠和氯化钴的摩尔比为1.5,将该反应液于50℃下搅拌反应10h后以8000r/min的速度离心10min,取沉淀,以去离子水为清洗液将该沉淀在速度为8000r/min下离心洗涤后于60℃下烘干5h,即可;
(2)制备表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极
将步骤(1)中制得的焦磷酸钴纳米材料以3.3mg/mL的配比浓度分散于去离子水中,获得电极修饰溶液,将该电极修饰溶液涂覆到玻碳电极上,在30℃下干燥50min即可;
(3)组装一氧化氮电化学传感器
将步骤(2)中制得的表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极与电化学工作站、对电极(铂丝电极)、参比电极(Ag/AgCl电极)、电解池和电解液(浓度为0.01mol/L,pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液)一起组装成一氧化氮电化学传感器。
实施例2
构建一氧化氮电化学传感器,按如下方法进行组装:
(1)制备焦磷酸钴纳米材料
将焦磷酸钠溶液和乙酸钴溶液混匀后获得反应液,该反应液中焦磷酸钠和乙酸钴的摩尔比为1.7,将该反应液于80℃下搅拌反应12h后以12000r/min的速度离心2min,取沉淀,以丙醇为清洗液将该沉淀在速度为12000r/min下离心洗涤后于120℃下烘干0.5h,即可;
(2)制备表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极
将步骤(1)中制得的焦磷酸钴纳米材料以5.0mg/mL的配比浓度分散于去离子水中,获得电极修饰溶液,将该电极修饰溶液涂覆到金电极上,在100℃下干燥10min即可;
(3)组装一氧化氮电化学传感器
将步骤(2)中制得的表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极与电化学工作站、对电极(铂片电极)、参比电极(Ag/AgCl电极)、电解池和电解液(浓度为0.1mol/L,pH=7.2的磷酸盐缓冲溶液)一起组装成一氧化氮电化学传感器。
实施例3
构建一氧化氮电化学传感器,按如下方法进行组装:
(1)制备焦磷酸钴纳米材料
将焦磷酸钾溶液和硫酸钴溶液混匀后获得反应液,该反应液中焦磷酸钾和硫酸钴的摩尔比为0.4,将该反应液于10℃下搅拌反应16h后以3000r/min的速度离心20min,取沉淀,以乙醇为清洗液将该沉淀在速度为3000r/min下离心洗涤后于30℃下烘干12h,即可;
(2)制备表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极
将步骤(1)中制得的焦磷酸钴纳米材料以10mg/mL的配比浓度分散于去离子水中,获得电极修饰溶液,将该电极修饰溶液涂覆到丝网印刷电极上,在20℃下干燥100min即可;
(3)组装一氧化氮电化学传感器
将步骤(2)中制得的表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极与电化学工作站、对电极(铂片电极)、参比电极(饱和甘汞电极)、电解池和电解液(浓度为0.05mol/L,pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液)一起组装成一氧化氮电化学传感器。
图1为实施例1中制备的焦磷酸钴纳米材料的扫描电镜图,由图1可知,该焦磷酸钴纳米材料具有纳米线形貌。
图2为实施例1中制备的焦磷酸钴纳米材料的X射线衍射图,由图2可知,该焦磷酸钴纳米材料具有较好的焦磷酸钴晶格结构。
图3为实施例2中制备的焦磷酸钴纳米材料的扫描电镜图,由图3可知,该焦磷酸钴纳米材料具有纳米线形貌。
图4为实施例2中制备的焦磷酸钴纳米材料的X射线衍射图,由图4可知,该焦磷酸钴纳米材料具有较好的焦磷酸钴晶格结构。
图5为实施例3中制备的焦磷酸钴纳米材料的扫描电镜图,由图5可知,该焦磷酸钴纳米材料具有纳米线形貌。
图6为实施例3中制备的焦磷酸钴纳米材料的X射线衍射图,由图6可知,该焦磷酸钴纳米材料具有较好的焦磷酸钴晶格结构。
实施例4
将一定量的NO溶液加入到实施例1中构建的传感器的电解液中,在电压范围为0.3-1.15V下测试该传感器对NO的循环伏安响应,同时以该传感器对磷酸缓冲溶液的循环伏安响应作为空白对照,结果如图7所示,由图7可知,实施例1中构建的传感器在0.95V时出现NO的氧化峰,说明该传感器对NO有明显的电化学催化氧化能力。
实施例5
在循环伏安曲线的峰值电压0.95V下测试实施例1中构建的传感器对NO的计时电流响应,测试时连续向实施例1中构建的传感器的电解液中加入不同浓度的NO溶液,时间间隔为50s,记录响应时间与电流值的关系曲线,即得该传感器对NO的安倍响应图,结果如图8所示,由图8可知,加入不同浓度的NO后,该传感器电流响应不断增加并在较快的时间内达到稳态,其响应时间小于2s;由图8获得的NO浓度与电流响应之间的关系曲线图,如图9所示,由图9可知,该该传感器对NO的线性响应范围为4×10-9-3.2×10-6mol/L,其检测限为8×10-10mol/L。
实施例6
将不同物质的溶液依次加入到实施例1中构建的传感器的电解液中,测试该传感器对不同干扰成份的计时电流响应,测试电压为0.95V,加入不同干扰物的时间间隔为50s,得到该传感器对不同干扰成分选择性测试的安培响应曲线,结果如图10所示,由图10可知,该传感器对NO具有良好的选择性。
实施例7
将NO溶液加入实施例1中构建的传感器的电解池中,在电压范围为0.3-1.15V下测试放置不同天数的该传感器对NO的循环伏安响应。测试时采用同一个传感器,每5天测试一次,每次加入的NO的浓度保持不变,共测试6次,即得存放25天内的稳定性测试结果图,结果如图11所示,由图11可知,该传感器具有良好的测试稳定性。
实施例8
将实施例1中构建的传感器中的电解池替换为培养有细胞的培养皿,以浓度为0.01mol/L pH=7.4的磷酸缓冲溶液为电解液,测试在乙酰胆碱(Ach)药物刺激下不同细胞释放NO的计时电流响应。采用不同细胞浓度进行对比测试,以没有细胞的磷酸缓冲溶液作为空白对照。结果如图12所示,由图12可知,该传感器可对细胞释所的NO实时检出。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用。
2.如权利要求1所述的应用,其特征在于,所述一氧化氮电化学传感器包括电化学工作站、表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极、对电极、参比电极、电解池和电解液。
3.如权利要求2所述的应用,其特征在于,所述表面涂覆有焦磷酸钴纳米材料的工作电极按如下方法制备:将焦磷酸钴纳米材料以2-10mg/mL的配比浓度分散于水中,获得电极修饰溶液,将所述电极修饰溶液涂覆到电极上,干燥即可。
4.如权利要求3所述的应用,其特征在于,所述电极为玻碳电极、金电极或丝网印刷电极中的一种。
5.如权利要求3所述的应用,其特征在于,所述干燥具体为在20-100℃下干燥10-100min。
6.如权利要求3所述的应用,其特征在于,所述焦磷酸钴纳米材料按如下方法制备:将焦磷酸盐溶液和钴盐溶液混匀后获得反应液,将所述反应液于10-80℃下搅拌反应10-16h后离心取沉淀,将所述沉淀洗涤后烘干,即可。
7.如权利要求6所述的应用,其特征在于,所述反应液中焦磷酸盐和钴盐的摩尔比为0.4-1.7。
8.如权利要求7所述的应用,其特征在于,所述焦磷酸盐为焦磷酸钠或焦磷酸钾中的一种,所述钴盐为氯化钴、乙酸钴或硫酸钴中的一种。
9.如权利要求6所述的应用,其特征在于,所述离心的速度为3000-12000r/min,时间为2-20min;所述洗涤具体为以去离子水、乙醇或丙醇为清洗液,在速度为3000-12000r/min下离心洗涤。
10.如权利要求6所述的应用,其特征在于,所述烘干在30-120℃下烘干0.5-12h。
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