專利名稱：一種抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法。本發(fā)明方法采用金納米顆粒與磁性 四氧化三鐵納米粒子的電化學(xué)傳感器抑制過(guò)氧化氫。該方法操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，且過(guò)氧化 氫濃度和抑制活性成良好的線性關(guān)系。
背景技術(shù)：
金納米粒子(GNPs)是最穩(wěn)定的貴金屬納米粒子，由于具有的優(yōu)異的性能而優(yōu)于其 他類型的納米粒子，如導(dǎo)電性，生物相容性和催化活性，以及可以大大提高電極表面積而被 應(yīng)用于電化學(xué)傳感器領(lǐng)域(Li XX，Shen LH, Zhang DD, et al. Biosens Bioelectron. 2008 Jim 15; 23 (11): 1624-30)。另外，適當(dāng)尺寸和功能化的金納米粒子接近酶的氧化還 原中心,作為“納米導(dǎo)線”來(lái)增強(qiáng)酶的活性(Willner I，Baron R, ffiliner B. Biosens Bioelectron. 2007 Apr 15;22 (9-10):1841-52; Xiao Y, Patolsky F, Katz E, et al. Science. 2003 Mar 21; 299 (5614) : 1877-81.)。金納米粒子在聚電解質(zhì)多層膜中也可 顯著改善高密度薄膜電子傳輸特性( Yu AM, Liang ZJ, Cho JH, Caruso F. Nano Lett. 2003 Sep; 3 (9): 1203-7) 納米金顆粒主要是通過(guò)化學(xué)合成方法，利用物理吸附或 化學(xué)連接在電極表面(Zhang SX, Wang N, Yu HJ, et al. Bioelectrochemistry. 2005 Sep;67(1):15-22)。磁性四氧化三鐵納米粒子(FNPs)是一種應(yīng)用廣泛地應(yīng)用于組織成像，基因靶 向，蛋白富集和生物傳感器。最近報(bào)道了納米四氧化三鐵具有類似過(guò)氧化氫酶和Fenton 試劑的性質(zhì)，其催化活性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，受溫度和PH等影響小，結(jié)果表明了其性質(zhì)要優(yōu) 于天然存在的酶(Gao LZ, Zhuang J, Nie L, et al. Nature Nanotechnology. 2007 S印;2(9) : 577-83)。已被應(yīng)用于過(guò)氧化氫和葡萄糖的檢測(cè)(Zhuang J, Zhang JB, Gao LZ, et al. Materials Letters. 2008 Sep 15;62 (24):3972-4; Wei H, Wang E. Anal Chem. 2008 Mar 15; 80 (6) : 2250-4) 0已有文獻(xiàn)報(bào)道，具有類酶性質(zhì)的納米四氧化三鐵可 以催化還原過(guò)氧化氫(hang LH, Zhai YM, Gao N, et al. Electrochem Commun. 2008 0ct;10(10) :1524-6)，并可以檢測(cè)其含量的納米材料。此時(shí)，納米顆粒通常和導(dǎo)電聚合物復(fù) 合，如鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)或聚苯胺(Polyaniline)等。來(lái)加快FNPs電 子傳遞的速度及催化效率?；钚匝?，包括 02_，0H*， 0_，H02*及H202等，是由生物體新陳代謝產(chǎn)生的副產(chǎn) 品，其與機(jī)體細(xì)胞的許多功能活動(dòng)及各種疾病密切相關(guān)，如癌、腫瘤、動(dòng)脈硬化、糖尿病、 心腦血栓及衰老等(陳瑗；周玫.自由基醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與病理生理.北京人民衛(wèi)生出版社. 2002:12-3)。在有機(jī)組織中，許多酶包括超氧化物歧化酶(S0D)，能夠催化清除損害活性氧 自由基。同時(shí)，活性氧也在機(jī)體的先天免疫能力方面也發(fā)揮了重要作用?；钚匝鮼?lái)源于循 環(huán)單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞中，并作用于革蘭陰性細(xì)菌外膜的不飽和脂肪酸，使其發(fā)生脂質(zhì) 過(guò)氧化反應(yīng)，并破壞組織結(jié)構(gòu)。在活性氧中，過(guò)氧化氫(H202)是最穩(wěn)定的物質(zhì)，并且可以通過(guò) 水分子通道擴(kuò)散穿過(guò)生物膜引起蛋白質(zhì)氧化而遭到破壞，細(xì)胞內(nèi)的H202主要是通過(guò)S0D或者過(guò)渡態(tài)金屬離子催化*02_歧化反應(yīng)而生成，其機(jī)理如如下式a。H202對(duì)機(jī)體的損傷是通 過(guò)Fenton試劑反應(yīng)生成破壞性極強(qiáng)的活性0H ，機(jī)理如下式MYamazaki I，Piette LH, Grover TA. J Biol Chem. 1990 Jan 15;265(2):652-9; Lucas MS, Dias M, Sampaio A, et al. Water Res. 2007 Mar;41 (5) : 1103-9)。因此，生理?xiàng)l件下的過(guò)氧化氫濃度和 02_ 和0H 等活性氧的形成和分解密切相關(guān)。
■02 + 02- ~^ H202 + 02(a)
Fe2+ + H202 ——> Fe^ + OH- + OH" (b)
傳統(tǒng)的高度靈敏的電化學(xué)生物傳感器有檢測(cè)過(guò)氧化氫的報(bào)道。他們都在使用基于固定 化氧化還原蛋白，特別是細(xì)胞色素C，其很容易被氧自由基還原，并產(chǎn)生一個(gè)典型的催化電 流。這些基于蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的生物傳感器穩(wěn)定差，受溫度和PH影響較大，同時(shí)準(zhǔn)備過(guò)程也 是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法。此方法采用金納米顆粒與磁性四 氧化三鐵納米粒子的電化學(xué)傳感器抑制過(guò)氧化氫。本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案中，所述的電化學(xué)傳感器采用三電極系統(tǒng)玻碳電極為工 作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲為對(duì)電極。所述的玻碳電極表面先沉積金納米粒子，后吸附磁性四氧化三鐵納米粒子。所述 的磁性四氧化三鐵納米粒子可以將過(guò)氧化氫氧化生成羥基自由基，隨著過(guò)氧化氫濃度的升 高，峰電流逐漸減小。本發(fā)明抑制過(guò)氧化氫電化學(xué)方法利用磁性四氧化三鐵納米粒子的電化學(xué)活性， 并利用其能將過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)化成羥基自由基的活性，阻礙其本身在納米金原子上電子傳遞 過(guò)程。具體的機(jī)理是由于FNPs具有類似Fenton試劑的性質(zhì)，將過(guò)氧化氫氧化生成羥基 自由基。由于羥基自由基會(huì)選擇性地占據(jù)納米金的活性位點(diǎn)，與完整的平面金原子所有 的d軌道已被電子充滿不同，納米狀的金具有的活性位點(diǎn)可以看做是未充滿的d軌道，所 以，羥基自由基這種中間體就可以占據(jù)這些具有活性位點(diǎn)，而影響納米金的催化性質(zhì)及 導(dǎo)電性，阻礙了電子的傳遞(Nowicka AM, Hasse U, Hermes M, Scholz F. Angew Chem Int Edit. 2010;49(6):1061-3; Anna Maria Nowicka UH, Gustav Sievers, Mikolaj Donten, Zbigniew Stojek, Stephen Fletcher, Fritz Scholz. Angew Chem Int Edit. 2010 ； 49:1-4)。另一方面，羥基自由基與H202的濃度有密切關(guān)系，濃度越高，被FNPs催化生 成的自由基就越多，這樣有更多的活性位點(diǎn)被占據(jù)，導(dǎo)致峰電流變低。本發(fā)明抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法采用循環(huán)伏安法，測(cè)試FNPs/GNPs/GCE復(fù)合電 極在過(guò)氧化氫存在的條件下，隨著h202濃度的升高，峰電流的變化。本發(fā)明抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，且過(guò)氧化氫濃度和抑制 活性成良好的線性關(guān)系。


圖1是FNPs/GNPs/GCE復(fù)合電極在過(guò)氧化氫存在的條件下，隨著H202濃度的升高，峰電流逐漸減小的循環(huán)伏安圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法采用沉積金納米粒子與磁性四氧化三鐵納米 粒子的電化學(xué)傳感器。此電化學(xué)傳感器采用三電極系統(tǒng)玻碳電極(GCE，0=4.0 mm)為工 作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉬絲為對(duì)電極。GCE表面先沉積GNPs，后吸附磁 性 FNPs。本發(fā)明抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法利用磁性四氧化三鐵納米粒子的電化學(xué)活性， 并利用其能將過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)化成羥基自由基的活性，阻礙其本身在納米金原子上電子傳遞過(guò) 程。當(dāng)FNPs/GNPs/GCE復(fù)合電極在沒(méi)有過(guò)氧化氫存在的條件下，從圖1的循環(huán)伏安圖 看出，四氧化三鐵不顯示任何的催化活性。當(dāng)體系中加入h2O2時(shí)，氧化峰和還原峰的電流均 比空白溶液時(shí)的電流有明顯的降低，而且隨著H202濃度的升高，峰電流逐漸減小。當(dāng)H2O2濃 度從0.15 iiM升高到6. 1 PM時(shí)，氧化峰電流從8. 94 y A降低到3. 21 yA，且呈線性關(guān) 系。線性方程為1= 8.843 -0.864C (I/u A, C/uM), r=0. 994 本發(fā)明抑制過(guò)氧化氫電化學(xué)方法的機(jī)理是由于FNPs具有類似Fenton試劑的性 質(zhì)，將過(guò)氧化氫氧化生成羥基自由基。由于羥基自由基會(huì)選擇性地占據(jù)納米金的活性位 點(diǎn)，與完整的平面金原子所有的d軌道已被電子充滿不同，納米狀的金具有的活性位點(diǎn)可 以看做是未充滿的d軌道，所以，羥基自由基這種中間體就可以占據(jù)這些具有活性位點(diǎn)，而 影響納米金的催化性質(zhì)及導(dǎo)電性，阻礙了電子的傳遞(Nowicka AM, Hasse U, Hermes M, Scholz F. Angew Chem Int Edit. 2010;49(6) :1061-3; Anna Maria Nowicka UH, Gustav Sievers, Mikolaj Donten, Zbigniew Stojek, Stephen Fletcher, Fritz Scholz. Angew Chem Int Edit. 2010;49:1-4)。另一方面，羥基自由基與H202的濃度有密切關(guān)系，濃度越 高，被FNPs催化生成的自由基就越多，這樣有更多的活性位點(diǎn)被占據(jù)，導(dǎo)致峰電流變低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法使過(guò)氧化氫濃度和抑制活性成 良好的線性關(guān)系，且操作簡(jiǎn)單，沒(méi)有用到像其他抑制h202所必須的酶(如細(xì)胞色素C，過(guò)氧化 氫酶，肌紅蛋白等)，增加了方法的穩(wěn)定性。在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú) 引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法，其特征在于，采用一種基于沉積金納米粒子與磁 性四氧化三鐵納米粒子的電化學(xué)傳感器抑制過(guò)氧化氫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法，其特征在于，所述電化學(xué)傳感 器采用三電極系統(tǒng)玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲為對(duì)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法，其特征在于，玻碳電極表面先 沉積金納米粒子，后吸附磁性四氧化三鐵納米粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法，其特征在于，所述的磁性四氧 化三鐵納米粒子可以將過(guò)氧化氫氧化生成羥基自由基。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法，其特征在于，隨著過(guò)氧化氫濃 度的升高，峰電流逐漸減小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抑制過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法。本發(fā)明方法采用金納米顆粒與磁性四氧化三鐵納米粒子的電化學(xué)傳感器抑制過(guò)氧化氫。該方法操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，且過(guò)氧化氫濃度和抑制活性成良好的線性關(guān)系。
文檔編號(hào)G01N27/26GK102000537SQ201010510140
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者于加石, 周國(guó)亮, 孟書涵, 宋威廉, 王曉岑, 郭紫嫣 申請(qǐng)人:上海市七寶中學(xué)