耐尔蓝在电化学分析方面的研究与应用

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摘要

  耐尔蓝(NB恶)是一种吩 嗪类碱性染料,结晶性粉末,具有金属光泽。溶于热水呈蓝色,微溶于冷水和乙醇。耐尔蓝具有很好的电化学可逆性、稳定性和电子传递能力,其电化学及电催化性质方面的研究已有报道。耐尔蓝可以吸附于石墨电极表面、或者电聚合到玻碳电极表面制备修饰电极,从而达到改善裸电极的电催化效果。单独耐尔蓝的催化效果并不明显,而且催化速率很慢,可以通过一些新的物质,比如碳纳米管、石墨烯等来解决这一问题。

  本文将对近几年来耐尔蓝在电化学分析方面的研究、应用和发展前景做一总结和评述。

  1 耐尔蓝在自组装膜电极方面的应用

  自组装指的是分子在氢键、范德华力等弱作用力推动下,自发形成具有特殊结构和形状的分子集合体的过程。利用自组装原理实现的自组装膜技术能够在分子水平上设计膜的结构,以获得特殊的性能和功能,进而应用于检测某些特殊目标分子。近年来,自组装膜技术开始被应用于修饰改性电极材料,以实现特定的电化学功能, 在电分析领域显示了巨大的优势 ,逐渐成为一个热门的研究领域,广泛运用于构筑电化学或生物电化学传感器。

  耐尔蓝作为一种具有电活性的染料分子,在自组装膜技术方面表现出了独特的性质。李俊等[1]将耐尔蓝通过共价键结合在金电极表面的自组装膜上,制得耐尔蓝自组装膜修饰电极,并对其稳定性、电化学及电催化性质进行了研究。研究表明,耐尔蓝利用其分子中的伯胺基团,共价键合与自组装膜修饰电极表面,得到的修饰电极呈现出良好的氧化还原性质和电催化特性,可以制备以耐尔蓝为媒介体的生物传感器,直接测定生物体系中的过氧化氢或环境样品中的其它过氧化物,并可以间接检测生物样品中的葡萄糖、胆固醇等的含量,为构造生物传感器提供稳定的媒介层。

  颜萍菲等[2]利用自组装膜技术在金电极表面修饰上耐尔蓝,然后将辣根过氧化物酶交联固定于自组装膜修饰电极表面,得到 HRP/NB/SAM/Au 修饰电极,研究了该修饰电极的电化学特性及对过氧化氢的检测条件。研究结果表面,该修饰电极具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强的特点,为构筑尓以耐 蓝为媒介体,辣根过氧化物酶为生物敏感组分的双氧水传感器提供了理论依据。

  2 耐尔蓝在探针分子方面的应用

  化学探针是化学传感技术领域的一项重大发现,是化学生物学研究中的重要工具,目前已有愈来愈多的探针应用于分子水平上进行实时检测,可以帮助我们在分子水平探索复杂生命体中的生命过程和调控网络,分子探针因其灵敏度高、检测对象广、响应信号丰富等特点,成为了用于临床分析、环境检测、生物分析等领域不可缺少的检测工具。

  郜洪文等[3]尓用耐 蓝作为探针体,详细研究了DNA尓与耐 蓝的相互作用情况,并测定了反应产物的结合比、结合常数、摩尔吸光系数,同时建立了样品 DNA 的定量测定方法。陈秋影[4]等基于 DNA或 RNA尓对耐 蓝荧光的猝灭效应,建立了一种新的DNA 或 RNA 的测定方法。徐云燕[5]尓等以耐 蓝为荧光母体,设计合成了一个新的可应用于 Cu2+和 Zn2+分辨性响应的光学探针。该探针的吸收光谱对 Cu2+具有选择性响应,可应用于 0.1×10-6级 Cu2+的比色传感;而探针的荧光光谱对 Zn2+具有选择性响应,可导致其荧光发生 4 倍量的增强,因此探针又可应用于 Zn2+的荧光增强传感。

  3 耐尔蓝在聚合物修饰电极方面的应用

  许多染料被作为生物分子电化学氧化(或还原)的中间体或促进剂修饰在电极表面进行生物分子的尓测定及生物氧化还原电子传递过程的研究,耐 蓝是一种水溶性良好的分子,能够通过吸附或电聚合的方法固定在电极表面,以备用作氧化还原的介体。

  杜攀等[6]尓报道了把耐 蓝电聚合到碳纳米管修饰的玻碳电极上,制成 PNB-SWNTS/GC 修饰电极,该修饰电极表现出对 NADH 的氧化有电催化活性,改进的电子传递动力有效地阻止了电极表面污染物的生成,增强了反应的稳定性和可再生性。将酒精脱氢酶修饰在 PNB-SWNTS/GC 电极表面就可以制成基于脱氢酶的电化学传感器。所得的传感器,ADH-PNB-SWNTS/GC 电极表现出低成本、制备简单、灵敏快捷、检测脱氢酶底物时有好的再生性等优点,因此,PNB-SWNTS 有望在新型传感器、染料电池及其它电化学传感器的研制方面有更广泛的应用。

  徐兰兰等[7]将碳纳米管滴涂到玻碳电极表面,并通过重氮盐功能化实现碳纳米管的修饰,从而使电极表面修饰上其他功能基团,得到末端为-COOH尓的修饰电极,耐 蓝带有伯胺基团,能够通过碳二亚胺反应共价键合到电极表面,得到 NB-CNT/GCE修饰电极,并研究了该修饰电极的稳定性及对NADH 的电催化性质。结果显示,该电极相比较耐尓蓝直接吸附到碳纳米管上性质更稳定,催化电流更大,呈现出良好的电催化特性。在-0.1 V 的条件下,该电极还有响应速度快、灵敏度高、线性范围宽、检出限低等优点,且一般的生物物质无干扰,并且电极能长时间重复使用。

  刘惺等[8]尓将耐 蓝电聚合到玻碳电极表面,再尓将石墨烯分散液滴涂在电极表面,得到聚耐 蓝/石墨烯薄膜修饰电极,用该电极检测蔬菜中残余的尓对硫磷,相对于裸电极、聚耐 蓝单层膜修饰电极,对硫磷在双层膜修饰电极上的电化学响应显着增强。通过对实验条件的优化,大大提高了对硫磷在修饰电极上的灵敏度,将该修饰电极应用于实际蔬菜残留对硫磷的实际测定,获得比较满意的结果。

  4 结 论

  耐尔蓝具有良好的氧化还原性质和电催化特性,可为构造生物传感器提供稳定的媒介层。相对于耐尔蓝单体,其聚合物具有催化效果好,比表面积大等优点,在探针分子、修饰电极方面具有良好的应用前景。

  参考文献:

  [1]李俊,颜萍菲,陈显堂,等。耐尔蓝共价键合固定于自组装膜电极表面的电化学特性[J].襄樊学院学报,2002,23(2):42-47.

  [2]颜萍菲,李俊,陈显堂等。自组装膜技术构筑双氧水的电化学酶传感器[J]. 襄樊学院学报,2003,24(2):66-69.

  [3]郜洪文,李玉成,江俊。探针体耐尔蓝(NB)与 DNA 结合反应研究[J].化学物理学报,2001,14(6):737-743.

  [4]陈秋影,杨黄浩,李东辉等。耐尔蓝荧光探针法测定核酸[J].福州大学学报(自然科学版),1999,27(9):105-106.

  [5]徐云燕,赖金平,赵一兵。耐尔蓝衍生物应用于 Cu2+和 Zn2+的分辨性光学传感[J].分析化学,2009,37(10):128.

  [6]Pan Du,Shuna Liu,Ping Wu,Chenxin Cai.Single-walled carbonnanotubes functionalized with poly(nile blue A) and their application todehydrogenase-based biosensors[J].2007,53:1811-1823.

  [7]徐兰兰。功能化碳纳米管修饰电极在电化学传感器中的应用研究[D].吉林长春:东北师范大学,2011.

  [8]刘惺。燃料类聚合物修饰电极的界面设计及残余有机磷农药含量的测定[D].湖北武汉:江汉大学,2014.

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