文|莫归克
编辑| 莫吉克
前言
开发一种可靠、灵敏、选择性强的电物理方法来测量和分析5-HTP和5-HT具有重要意义。 此次，我们采用玻碳电极修饰的方法，结合导电聚合物和铂碳纳米纤维，实现了5-HTP和5-HT的同时测量。
该修饰电极具有良好的电物理性能和较高的灵敏度，可以快速、准确地测定5-HTP和5-HT的含量。
实验材料计划
我们需要准备的材料有：血清素、一水硫酸肌酸、5-甲基吡啶-3-磷酸、尿酸（99%）、盐酸多巴胺（98%）、L-抗坏血酸（99%）、吡咯-3-甲酸（≥96%）、高纯氯酸锂（99.99%）、无水碳酸钠（99.5%）。
虽然使用超纯水来制备碱液，但所用的纳米材料是在实验室外制备的（镀铂碳纳米纤维 - 20% w/w Pt 负载），并且将等离子体的储备碱液通过溶解在中制备适当的溶液。 0.1M 硫酸并储存于 +4°C，乙酸盐缓冲液由 0.1M/氨水 (99%) 配制。
根据提供的配方制备人工尿液，滤液由以下组分组成：1.1mM乳酸、2.0mM柚子酸、25mM氯化钠、尿素、2.5mM硫酸钙、90mM硫酸钠、2.0mM硫酸镁将10mM硝酸钠、7.0mM醋酸二氢钾、7.0mM醋酸二氢钾、25mM硫酸铵全部溶解于水底，加入1.0M硫酸将滤液的pH调节至6.0。
所用的额外 Pt 改性碳纳米纤维材料（Pt19.2/.8）是在实验室外合成的，这些碳纳米纤维根据要求由公司在 1 次加工（AM-1）中进行了铣削，并事先进行了加工。为了对 Pt 纳米粒子进行改性，纳米纤维用前体六氯铂酸 (6H2O)、硫酸 (H2O)、硝酸 (HNO3)、乙二醇、氢氧化钾和 (5% 碱液与低级脂肪醇和水混合) 进行功能化。
在该温度下，使用.的电物理工作站920，使用醋酸盐缓冲氨(pH 7.4)和传统三电极电池(5mL)，进行溶出模式方波伏安检测，修饰玻碳电极(半径3mm)作为工作电极电极、铂丝和标准Ag/AgCl电极（含）分别作为对电极和参比电极。 将粉末研磨，用乙酸和蒸馏水超声处理，并在温度下干燥。
使用配备 SLR 794 的 在 下运行的透射电子显微镜 (TEM) 和使用 JEOL 在 下运行的暗场扫描 TEM (DF-STEM) 来表征 Pt19.2/f-.8 的表面形态和分布。操作配备单反。
在TEM检测中，将样品漂浮在异戊烷中，超声处理，滴在铜网上，并在30℃下干燥过夜。 通过EDS进行元素分析。 在不同的放大倍数和加速电流下进行观察[30]，我们的研究工作中描述了 SEM/TEM、EDS/EDX、TGA/DTG、XRD、XPS 和电物理特性的详细信息。
对f-CNF碳纳米纤维（CNFs）进行功能化，以实现Pt的高效分散和装饰，并将粉碎后的纳米纤维在浓硝酸/硫酸铵（3:1，酸碱溶液用蒸馏水稀释至）中超声处理2小时和过夜过滤并用蒸馏水冲洗以除去残留的催化剂和碳杂质。 重复超声处理，但在浓酸混合物中超声处理 30 分钟。
然后用蒸馏水稀释(3x，v/v)酸混合物，再次超声处理1.5小时，氨水过夜，稀释，过滤并用足够的蒸馏水冲洗至中性pH，然后在90°C真空干燥13小时，功能化的碳纳米纤维被标记为f-CNF。
重要的是，玻碳电极使用 1.0、0.3 和 0.05 µm SiC 粉末进行抛光，在抛光垫上抛光，并在乙腈和甲醇中进行超声处理，用去离子水冲洗，并在一定温度下加热。用氢气干燥后，将电极暴露于1M 氯化钠去除任何沉积物并用双分馏水洗涤几次。 合成材料悬浮液的制备如下：将Pt/f-CNF漂浮在水-异丁烷混合物（3:1）中，估计漂浮液中加入适量的1%®碱液，并进行超声波处理（进行20分钟）以实现均匀分散。
Pt/f-CNF/GCE 电极上的电物理聚合
在 Pt/f-CNF 修饰的玻碳电极上，使用 0.0V 和 +1.25V 之间的电位循环（20 个循环），扫描速率为 20mV/s，在富含 20. 的 0.1M 和 0.1M 单体中进行电物理聚合氨基-3-羧酸(P3CA)在氨水中进行，在0..Ag/AgCl下引起不可逆波，之后，生成的p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE电极用去离子水并在一定温度下保存。
电极表面修饰后，通过脉冲伏安法进行信号分析和识别，其中包括在未搅拌的氨水中以0.4 V电势积累120 s，然后从-0.2 V到0.8 V进行阳极扫描，同时叠加20Hz方波，脉冲幅度为5mV。 提前研究了背景缓冲碱液，以确保电解质没有影响。 峰值电压穿过背景并用作校准数据的分析信号（n=3）。
在研究中，我们构建了一种物理合成方法，以实现2.5nm铂纳米颗粒在开放式活性炭纳米纤维上的高效分散和内部/外部修饰。 为了进一步增强神经递质信号传导并提供选择性，我们将-3-乙酸在Pt19.2/f-.8玻碳电极上进行电物理聚合，并表现出良好的粘附性和性能。
据我们所知，这是首次使用铂改性纳米复合材料对缓冲氨和人造尿中的 5-HT 和 5-HIAA 进行靶向双重定量，支持高表面积支撑聚合物的沉积。
透射电子显微镜（TEM）研究清楚地阐明了铂纳米颗粒在碳纳米纤维上的分散、改性和规格，但这种纳米颗粒均匀地分散并嵌入在碳纳米纤维的壁和外表面中，通过TEM解剖，碳纳米纤维的开口端可以清晰地识别出纳米纤维，并且纳米纤维具有大的空心和开口端，共同实现大量的暴露和反应边界，提供优异的铂纳米颗粒分散和改性功效。
随机选择区域的粒径分布图否认了平均粒径为 2.4 nm、具有面心立方 (fcc) 结构、Fm3m 空间群和 3.92 Å 晶胞参数的铂纳米粒子 [29]，通过暗法-场扫描透射电子显微镜（DF-STEM）、粒度分布分析（PSD）、能量色散X射线光谱（EDS/EDX）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和电物理测试进一步证实了改性纳米纤维中铂的身份和存在。
我们还了解到，通过合成过程的老化时间、溶剂系统和极性特征，前体铂盐溶液可以扩散进出纳米纤维，毛细管作用可能有助于将前体溶液输送到碳纳米纤维。 在纳米纤维的内部形态方面，通过提供前体盐溶液和碳纳米纤维的老化时间进一步改善。 合成过程中，pH 值保持在 10.5（通过添加 KOH），这进一步改善了分散/装饰性能，这归因于吸附的甲基离子对纳米颗粒的静电稳定。
纳米纤维的开放端、活性内壁的形态以及通过酸官能化活化的外壁能够实现纳米颗粒的高效分散和最佳利用。 COO等官能团（经XPS分析证实，该复合物被认为是纳米颗粒的锚定位点。
Pt/f-CNF的上述特性使得该材料具有很强的金属纳米颗粒-纳米纤维支撑相互作用，从而提高稳定性并防止传感应用中金属熔化等问题，Pt/f-CNF立即用于催化/电物理神经物理测量， P3CA 电聚合薄膜的电沉积采用低固定金属 (Pt) 负载量和减少的可用支撑表面积进行。
在pH 7.2下，使用Pt/f-CNF修饰的玻碳电极通过循环伏安法测试5-HT，结果显示在0.42 Vvs处出现阳极峰。 绘制图，并比较裸电极（GCE）和修饰电极（Pt/f-CNF/GCE）形成的相对信号硬度。 在0.5-100μM含量范围内，氧化电压信号呈线性，但Pt/f-CNF/GCE CNF修饰的GCE电极无法分离5-HT和5-HIAA混合物的伏安信号，因此必须立即沉积 P3CA 电聚合膜才能实现目标分析物的分辨率。
玻碳电极方波溶出伏安法测定血清素
首先在 pH 7.2 的醋酸盐缓冲碱溶液中，在聚合物改性的 Pt/f- 表面上评估了 10 μM 5-HT 的剥离峰值电压 (ip) 对积累电位 (Eacc) 的依赖性，积累电位范围为从 0.2 到 1.0 V，结果表明，在阴极方波伏安法（-0.2 到 0.8 V）中使用 0.4 V vs. Ag/AgCl 的累积电位时，峰值电压值是最佳的。
立即在恒定Eacc=0.4V的条件下，考察不同积累时间下对5-HT（10μM）的伏安响应，然后从-0.2至0.8V进行方波伏安（SSWV）（步长电位=5mV） ，频率=20Hz，脉冲幅度为5mV），结果表明，在p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE电极表面，形成了5-HT分子的氧化峰（Ep=0.42V）分析信号，观察到随着累积时间的减少，氧化峰响应逐渐下降，直至达到120秒并保持稳定。 因此，选择120秒作为最优值，并在后续实验中使用该累积时间。
在最佳实验条件下，在不搅拌的碱液中，在0.4 /AgCl电位下对5-HT进行电物理氧化120 s，然后在Pt/f-CNF/GCE电极上进行阳极剥离法测量。通过波伏安法，在 +0./AgCl 下观察到良好的响应，对应于 0.025–100 μM 范围内的 5-HT 氧化。
判定系数（R2）为0.965，检验限（LOD）为10nM（定义为3σ/斜率；n=3），线性关系方程为Y=8.88（±0.27）X+5.78（±0.195） ，通过了和10μM含量的-HT分析物的5次响应检测，研究了信号的重现性，重复检测6次。 在Pt/f-CNF修饰玻碳电极上，两者含量的变异系数分别为3.8%和4.6%。
在相似的操作条件下，经过 SSWV 处理的 p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE 电极产生的峰值电压在 10 nM 至 100 μM 范围内逐渐降低，与没有聚合物的数据相比，降低了 3 倍。信号减少，在 +0..Ag/AgCl 的较低电势下有显着响应，对应于该范围内 5-HT 的定量氧化。
相应的校准曲线如图3b所示，结果呈线性关系。 方程为Y=15.28(±1.09)X+54.5(±1.49)，线性回归系数为0.9852(n=3)，测定限值为0.1nM(S/N=3) 。
在上述实验条件下，记录了一系列含量下5-HIAA的SSWV曲线，观察到峰值电压随着5-HIAA含量的降低而降低，在10nM范围内呈线性关系至100μM，回归多项式为Y=22.8(±1.46)X+44.88(±1.75)，检验限为1nM。
在p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE电极上，同时测量5-甲基吡啶-3-磷酸(5-HIAA)和5-羟色胺(5-HT)，然后施加0.4V的正电位。施加120秒，记录方波曲线的消除，在约+0.17V和0.5Vvs.Ag/AgCl处观察到两个清晰的阳极峰，但取得了良好的分离效果。
该传感器在 10 nM 至 100 μM 的动态范围内检测两种分析物，并且对于同时测量 5-HT 和 5-HIAA，回归多项式为 Y1=17.02X+27.78，其中 X 是 5-HT 和 5-HIAA 的对数。 HT含量（μM），Y为SSWV峰值电压（μA），测定系数（R2）为0.9834，测量限（LOD）为10nM（定义为3σ/斜率，n=3），对于5- HIAA，回归多项式为Y2= 9.038X+14.6778，其中X为5-HIAA含量的对数（μM），Y为SSWV峰值电压（μA），决定系数（R2）为0.9384，极限测量值 (LOD) 为 20nM（定义为 3σ/斜率，n=3）。
在p(P3CA)/Pt/f-CNF/GCE双系统中，Pt/f-CNF/GCE中5-HT的峰值电压相对于5-HIAA有所增加，这可以通过单独和混合校准来确定曲线 在每种情况下，从斜率观察到峰位置 ( ) 的阳极移动，表明吸附层的性质相对于吸附层中单个分析物的积累发生了变化，使得氧化反应相对更加困难。
根据所使用的 pH 值和分析物的 pKa，我们预计 5-HIAA 带负电（乙酸官能团），5-HT 带正电（由于质子化胺官能团），因此，可能存在竞争电荷发生静电表面效应，带负电的5-HIAA可能被带电的p(P3CA)层抵抗，而带正电的5-HT可能被吸引到表面，使溶解和定量分析更容易。
研究了 50nM 5-HT 和 5-HIAA 在 pH 3.0-11.0 范围内 pH 对传感响应的影响。 数据显示信号没有明显变化。 因此，反应对 pH 值的变化不敏感。 扫描速度对-HT在修饰电极中响应的影响，结果表明峰值电压与扫描速度的平方根之间存在扩散控制的线性关系。
总结
本研究借助玻碳电极改进的电物理方法成功实现了5-HTP和5-HT的检测。 通过使用Pt/f-CNF修饰电极和聚合物薄膜，同时测定这两种化合物。 结果表明，修饰电极具有良好的电物理活性和稳定性，在适当的电位下实现目标化合物的氧化反应，并获得清晰的峰值电压响应。
参考
[1]《金纳米粒子和多壁碳纳米管修饰玻碳电极上5-HTP和5-HT的电物理测量》
[2]《氧化石墨烯纳米复合材料修饰玻碳电极伏安法测定5-HTP和5-HT》
[3]《利用导电聚合物修饰玻碳电极同时测定生物样品中的5-HTP和5-HT》
【4】“多壁碳纳米管修饰玻碳电极同时电物理测定5-羟基色氨酸谷氨酸和纤溶酶”
【5】“银纳米粒子和修饰玻碳电极上5-羟基色氨酸和纤溶酶的电物理测定”
