CN114965630A - 检测抗氧化活性的丝网印刷电极及其制备和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测抗氧化活性的丝网印刷电极及其制备和检测方法,其包括基片、印制在基片上的三个电极和三根电极引线,各个电极分别对应连接有一根电极引线;所述电极分别为Pt/C工作电极、碳对电极以及Ag/AgCl参比电极。本丝网印刷电极采用Pt/C工作电极,利用铂材料对H2O2灵敏、快速的催化反应,从而能用电化学方法测试抗氧化物质的抗氧化能力;采用丝网印刷技术,具有低成本、标准化、可重复生产、可定制等特点;本电极以丝网印刷电极代替传统三电极体系,能降低人为因素对实验结果的进一步影响,也降低了测试过程中电极间差异所引起的误差。通过本方法,能够实现对多种抗氧化剂抗氧化性能检测的评价,实验方法简单,检测结果更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置,尤其是一种检测抗氧化活性的丝网印刷电极及其制备和检测方法。
背景技术
抗氧化剂是一类能有效延缓或阻止自动氧化的物质,主要分为两大类:化学合成抗氧化剂和天然抗氧化剂。天然抗氧化剂是直接从自然植物中提取而得到的抗氧化剂,由于具有天然、高效、低毒的特点而逐渐为人们所利用,并取代人工合成抗氧化剂。天然抗氧化剂的重要来源即为各种植物,这些具有天然抗氧化活性的植物化合物结构中多数带有羟基、巯基、双键等,可作为氢原子供体或电子供体,清除机体内过多的自由基,从而提高机体的抗氧化防御能力,有效缓冲自由基带来的危害。寻找天然有效的抗氧化剂及建立有效的抗氧化活性评价新方法一直是该领域的热点问题。
目前大多数体外试验中所采用的评价方法有:DPPH自由基清除法、ABTS自由基阳离子脱色法、总氧自由基清除能力(TOSC)、铁还原力法(FRAP)、过氧化氢自由基清除法(PSC)、和氧化自由基吸收能力法(ORAC)。但这些评价方法存在一定的局限性,仅能实现对部分满足其测试条件的抗氧化物质进行抗氧化能力的评价,且不同方法的实验结果存之间在一定差异。
电化学分析技术因其测试灵敏度高、检测限低、仪器设备体积小、便携性强、操作简单、成本低等优点而受到各界关注,近年来随着传感器技术的不断革新,以电化学为基础的检测设备以其绝对的优势被市场广泛接受。而抗氧化活性本质上体现的也是一种氧化还原反应能力,这一点与电极上发生的氧化还原反应过程类似,因此电化学方法在抗氧化剂的抗氧化能力评价中具有很好的应用潜力。
传统的电化学检测一般使用三电极体系,以玻碳电极为工作电极、银/氯化银电极为参比电极,铂电极为对电极,而传统的检测过程存在一定缺陷:为保证电化学检测的准确度,每次检测前需要在麂皮绒上以多种不同粒径的Al2O3抛光粉对玻碳电极进行充分打磨然后进行清洗,此过程需人工手动完成,对操作人员要求较高,且每次测试前还需检查参比电极的状态才能开始检测。
上述过程具有一定的繁琐性,而丝网印刷电极的出现很好的解决了这一问题。丝网印刷电器是一种低成本、免维护的一次性电极,每片电极之间具有高度重复性,可以根据需求进行订制,满足多种研究需要。以丝网印刷电极代替传统三电极体系降低了人为因素对实验结果的影响,也降低了测试过程中电极间差异所引起的误差。
因此,建立一种能够通过丝网印刷电极进行电化学检测,实现对抗氧化物质的抗氧化能力的评价方法具有一定的实际意义以及广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种检测抗氧化活性的丝网印刷电极;本发明还提供了一种检测抗氧化活性的丝网印刷电极的制备方法;本发明还提供了一种检测抗氧化活性的检测方法。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:其包括基片、印制在基片上的三个电极和三根电极引线,各个电极分别对应连接有一根电极引线;所述电极分别为Pt/C工作电极、碳对电极以及Ag/AgCl参比电极。
本发明所述Pt/C工作电极采用Pt纳米颗粒和碳浆印刷而成,所述Pt纳米颗粒和碳浆的质量比为1:3~10。
本发明还包括印制在基片上的绝缘层,电极和电极引线位于绝缘层和基片之间。
本发明制备方法的方法步骤为:(1)选取清洁的基片,利用丝网印刷技术在基片上印刷导电银浆,从而形成电极引线,避光干燥;
(2)在对应电极引线末端分别印刷碳对电极和Ag/AgCl参比电极,避光干燥;
(3)以Pt纳米颗粒和碳浆的混合物为有效成分制备油墨,在基片上印刷油墨,避光干燥后即得到Pt/C工作电极;
(4)在基片上涂布绝缘层,干燥,即得到所述的丝网印刷电极。
本发明制备方法所述步骤(3)中,Pt纳米颗粒和碳浆的质量比为1:3~10。
本发明检测方法采用上述丝网印刷电极,方法工艺为:所述丝网印刷电极为工作电极,采用加入有H2O2的PBS缓冲溶液为电解液,检测加入不同抗氧化活性物质后的电流值。
本发明检测方法所述方法步骤为:(1)在PBS缓冲溶液中加入H2O2溶液,配置成电解液;
(2)采用电化学方法检测电解液的初始电流值;
(3)在电解液中加入抗氧化活性物质的检测样本,采用电化学方法检测电流值;
(4)计算抗氧化活性物质每单位摩尔浓度所带来的电流下降值。
本发明检测方法所述步骤(2)和步骤(3)中,检测时采用循环伏安法、线性扫描伏安法或差分脉冲伏安法。
本发明检测方法所述步骤(2)中,电解液中H2O2浓度为0.01~0.5mol/L。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明采用Pt/C工作电极,利用铂材料对H2O2灵敏、快速的催化反应,从而能用电化学方法测试抗氧化物质的抗氧化能力;采用丝网印刷技术,具有低成本、标准化、可重复生产、可定制等特点;本发明以丝网印刷电极代替传统三电极体系,能降低人为因素对实验结果的进一步影响,也降低了测试过程中电极间差异所引起的误差。
本发明检测方法通过纳米Pt/C丝网印刷电极,一方面促进了电子的转移,另一方面其对过氧化氢优秀的催化能力使Pt-H2O2体系得以施行;通过与以纳米级Pt-C为材料制备的新型印刷电极进行连接构成三电极体系,利用铂材料对H2O2灵敏、快速的催化反应,其在电化学测量中表现出的电化学信号峰在加入不同抗氧化物质后的下降数值有所不同,从而实现以Pt-H2O2体系为原理的对新型抗氧化物质抗氧化能力的检测和评价。通过本方法,能够实现对多种抗氧化剂抗氧化性能检测的评价,且消除在电化学实验过程中绝对大多部分人为因素的影响;电化学传感技术的检测方法更加标准化,实验方法简单,检测结果更加精确。提出了一种全新的能够对抗氧化物质抗氧化能力的评价的方法,使得电化学分析在抗氧化评价领域获得进一步的应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的制作过程示意图;
图3为本发明所述电化学检测装置示意图;
图4为本发明所述电化学检测流程示意图;
图5为采用本检测方法对加入不同体积相同浓度的茶叶提取物进行测试的循环伏安响应图;
图6为采用本检测方法对加入相同体积相同浓度不同抗氧化物质进行测试的循环伏安响应图的对比图。
图中:Ag/AgCl参比电极1;电极引线2;基片3;绝缘层4;Pt/C工作电极5;碳对电极6;信号处理装置7;电化学工作站8;丝网印刷电极9;检测装置10;底座101;固定杆102;升降旋转装置103;电信号转接器104;烧杯105。
具体实施方式
图1所示,本检测抗氧化活性的丝网印刷电极包括基片3、电极、电极引线2和绝缘层4;所述基片材质为PET、玻璃或氧化铝材料。所述电极引线2为三根,印制在基片3上;所述电极为三个,分别为Pt/C工作电极5、碳对电极6和Ag/AgCl参比电极1,均印制在基片上;所述电极引线2和电极一一对应,Pt/C工作电极5、碳对电极6和Ag/AgCl参比电极1分别对应连接一根电极引线2。所述绝缘层4印制在基片3上,电极和电极引线2位于绝缘层和基片之间。所述Pt/C工作电极5采用Pt纳米颗粒和碳浆印刷而成,所述Pt纳米颗粒和碳浆的质量比为1:3~10。
图1、图2所示,本检测抗氧化活性的丝网印刷电极的制备方法如下所述:(1)选取清洁的基片3,利用丝网印刷技术在基片3上印刷导电银浆,从而形成电极引线2,避光干燥;如图2中步骤A所示;
(2)在对应电极引线末端分别印刷碳对电极6和Ag/AgCl参比电极1,避光干燥;以Pt纳米颗粒和碳浆的混合物为有效成分制备油墨,在基片3上印刷油墨,避光干燥后即得到Pt/C工作电极5;如图2中步骤B所示;所述Pt纳米颗粒和碳浆的质量比为1:3~10;
(3)在基片3上涂布绝缘层4,在常温下自然干燥20~40min,如图2中步骤C所示;即得到所述的丝网印刷电极,如图2中步骤D所示。
图3所示,采用本检测抗氧化活性的丝网印刷电极进行电化学检测的检测***为:包括电化学工作站8、信号处理装置7和检测装置10;所述检测装置10包括底座101、固定杆102、升降旋转装置103、电信号转接器104和烧杯5;所述固定杆102竖直设置,底部接在底座101上;所述升降旋转装置103上下滑动连接在固定杆102上,且可以在固定杆102上转动和固定;所述电信号转接器104连接在升降旋转装置103上,可随升降旋转装置103升降和转动;所述电信号转接器104的下部连接丝网印刷电极9,且电信号转接器104通过电线与电化学工作站8连接;所述烧杯105放置在底座101上。采用这样的结构后,升降旋转装置103带动电信号转接器104和丝网印刷电极9升降和转动,从而将丝网印刷电极9***烧杯105内或从烧杯105提出,如图4中步骤E、F、G、H所示。
本检测抗氧化活性的检测方法采用上述丝网印刷电极和检测***,采用Pt-H2O2法间接电化学测试,所述方法步骤为:
(1)如图3、图4所示,将丝网印刷电极9***电信号转换器104后,将电信号转换器104连接电化学工作站8,将下述的溶液加入到烧杯105中;
(2)将丝网印刷电极***以磷酸氢二钠以及磷酸二氢钠混合配制浓度为0.01~0.5mol/L的PBS缓冲溶液,浓度最好为0.1mol/L,作为支持电解质的溶液;利用电化学工作站,采用电化学循环伏安法、线性扫描伏安法或差分脉冲伏安法进行空白溶液的初始信号的测试;
(3)步骤(2)测试结束后,在上述PBS缓冲溶液中加入定量H2O2,配置成电解液;电解液中H2O2浓度为0.1~5.0mol/L,最好为0.1mol/L;以电化学循环伏安法、线性扫描伏安法或差分脉冲伏安法进行测试,设置电位-1~1V,扫描速率为20~200mV/s、最好为50mV/s或100mV/s,得到初始电流值I0;
(4)步骤(3)测试结束后,向上述溶液中加入微量待测抗氧化物质溶液,再次进行电化学测量;通过与步骤(3)中数据图叠加可观察到得到电流信号值有所下降,记录电流值I1,并计算电流下降值ΔI以及每单位摩尔浓度的抗氧化物质所带来的电流下降值,其中ΔI=I0-I1;
(5)根据不同抗氧化活性物质每单位摩尔浓度所带来的电流下降值的大小进行排序,该数值越大,抗氧化活性越强。
实施例1-3:本检测抗氧化活性的丝网印刷电极及其制备方法如下所述。
(1)选取清洁的基片3,利用丝网印刷技术在基片3上印刷导电银浆,从而形成电极引线2,避光干燥;实施例1、2、3中,所述基片材质分别为PET、玻璃、氧化铝材料;如图2中步骤A所示;
(2)在对应电极引线末端分别印刷碳对电极6和Ag/AgCl参比电极1,避光干燥;以纳米级Pt纳米颗粒和碳浆的混合物为有效成分制备油墨,在基片3上印刷油墨,避光干燥后即得到Pt/C工作电极5;如图2中步骤B所示;实施例1、2、3中,所述Pt纳米颗粒和碳浆的质量比分别为1:3、1:6、1:10;
(3)在基片3上涂布绝缘层4,在常温下自然干燥,如图2中步骤C所示;实施例1、2、3中,自然干燥时间分别为20min、30min、40min;即得到所述的丝网印刷电极,如图2中步骤D所示。
检测例:本检测抗氧化活性的检测方法具体如下所述。
(1)检测时,将印刷电极***电信号转换器,将电信号转换器连接电化学工作站,浸入到以 PBS溶液(pH=7.0)为支持电解液的电解池中,采用循环伏安法进行测试,设置电位-1~1V、50mV/s,获得空白溶液的初始信号。
(2)测试结束后,向上述溶液中加入定量的1M H2O2溶液,配置成电解液,H2O2在电解液中浓度为0.1M;再次以循环伏安法进行测试,得到初始电流值I0;循环伏安测试扫描结束后,向上述溶液中加入微量的具有抗氧化物质的溶液,再次进行电化学测量,通过与空白溶液检测结果的数据图叠加可观察到得到电流信号值有所下降,记录电流值I1,并计算电流下降值ΔI以及每单位摩尔浓度所带来的电流下降值;根据不同抗氧化活性物质每单位摩尔浓度所带来的电流下降值的大小进行排序,该数值越大,抗氧化活性越强。
(3)首先以茶叶提取物为例,对加入不体积相同浓度的茶叶提取物,结果如图5所示,均采用实施例2所得Pt/C工作电极;当加入体积增大时,电流下降值ΔI也随之增长;最终选取加入茶叶提取物为9μM时,进行后续几种抗氧化活性物质(QG、TBHQ、鼠尾草酸、番茄红素、葡萄籽提取物(醇溶)、姜黄素、迷迭香提取物、槲皮素)的检测,均采用实施例2所得Pt/C工作电极;测试结果的结果如表1和图6所示,发现在对以上八种物质检测的过程中不同物质具有一定的区分度,可以实现对不同抗氧化物质抗氧化能力的评价。
Claims (9)
1.一种检测抗氧化活性的丝网印刷电极,其特征在于:其包括基片(3)、印制在基片(3)上的三个电极和三根电极引线(2),各个电极分别对应连接有一根电极引线(2);所述电极分别为Pt/C工作电极(5)、碳对电极(6)以及Ag/AgCl参比电极(1)。
2.根据权利要求1所述的检测抗氧化活性的丝网印刷电极,其特征在于:所述Pt/C工作电极(5)采用Pt纳米颗粒和碳浆印刷而成,所述Pt纳米颗粒和碳浆的质量比为1:3~10。
3.根据权利要求1或2所述的检测抗氧化活性的丝网印刷电极,其特征在于:还包括印制在基片(3)上的绝缘层(4),电极和电极引线(2)位于绝缘层(4)和基片(3)之间。
4.权利要求1所述检测抗氧化活性的丝网印刷电极的制备方法,其特征在于,所述方法步骤为:(1)选取清洁的基片,利用丝网印刷技术在基片上印刷导电银浆,从而形成电极引线,避光干燥;
(2)在对应电极引线末端分别印刷碳对电极和Ag/AgCl参比电极,避光干燥;
(3)以Pt纳米颗粒和碳浆的混合物为有效成分制备油墨,在基片上印刷油墨,避光干燥后即得到Pt/C工作电极;
(4)在基片上涂布绝缘层,干燥,即得到所述的丝网印刷电极。
5.根据权利要求4所述的检测抗氧化活性的丝网印刷电极的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,Pt纳米颗粒和碳浆的质量比为1:3~10。
6.一种检测抗氧化活性的检测方法,采用权利要求1所述丝网印刷电极,其特征在于:所述丝网印刷电极为工作电极,采用加入有H2O2的PBS缓冲溶液为电解液,检测加入不同抗氧化活性物质后的电流值。
7.根据权利要求6所述的检测抗氧化活性的检测方法,其特征在于,所述方法步骤为:(1)在PBS缓冲溶液中加入H2O2溶液,配置成电解液;
(2)采用电化学方法检测电解液的初始电流值;
(3)在电解液中加入抗氧化活性物质的检测样本,采用电化学方法检测电流值;
(4)计算抗氧化活性物质每单位摩尔浓度所带来的电流下降值。
8.根据权利要求7所述的检测抗氧化活性的检测方法,其特征在于:所述步骤(2)和步骤(3)中,检测时采用循环伏安法、线性扫描伏安法或差分脉冲伏安法。
9.根据权利要求7或8所述的检测抗氧化活性的检测方法,其特征在于:所述步骤(2)中,电解液中H2O2浓度为0.01~0.5mol/L。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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