范咏梅+张纪梅 米超+蔡宇玲+张丽萍+朱海彬

摘要以水合肼为还原剂，硝酸锌为前驱体，采用原位还原法同时还原氧化石墨烯（GO）和硝酸锌，制备了聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）改性石墨烯/氧化锌复合材料（PDDArGO/nO）。采用傅里叶红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（EM）对复合材料进行了表征，并通过循环伏安（CV）和线性扫描伏安（LSV）电化学测试方法，研究了PDDArGO/nO修饰玻碳电极对尿酸（UA）的检测性能。结果表明，此修饰电极对UA表现出良好的电催化活性，具有良好的抗干扰性、重现性和稳定性。采用线性扫描伏安法检测UA的线性范围为002～010 mmol/L和010～100 mmol/L，檢出限为159 nmol/L（S/N=3）。

关键词石墨烯； 氧化锌； 复合材料； 循环伏安； 线性扫描； 尿酸

1引 言

尿酸（UA）是生物体中嘌呤核苷、腺苷和鸟苷代谢的主要终产物。人体尿液和血液中尿酸的正常水平分别为19～6 mmol/L和120～50 mmol/L[1]，如果体内尿酸水平过高会导致痛风、高尿酸血症和慢性肾病等疾病[2，3]，因此尿酸检测在临床上具有重要意义。目前，检测尿酸的方法主要有高效液相色谱法[]、毛细管电泳法[5]、酶催化法[6]与电化学方法[7，8] 等，其中，电化学方法因其简单、快速、灵敏的特点受到广泛关注，Sun等[9]合成了多层碳纳米管/氧化石墨烯纳米带核壳异质结修饰电极检测UA； Guo等[10]研究了石墨烯/银聚苯胺复合材料修饰电极对UA的电化学检测性能。尽管各种修饰材料已经被报道用于UA的检测，但由于抗坏血酸（AA）和多巴胺（DA）常与UA共存，会对其检测产生干扰，因此，寻找电化学性能良好的材料对玻碳电极进行表面修饰尤为重要。

石墨烯（Graphene，G）是一种具有二维共轭结构、大比表面积、高电子迁移率及较高的化学稳定性的新型碳纳米材料[11，12]，在储能、光催化、电子以及化学传感器等领域中应用广泛[12，13]。但石墨烯在水中的分散性能差，限制了它的应用。聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）是一种阳离子聚合物，可与石墨烯通过非共价键吸附的方式结合，从而提高石墨烯在水中的分散性和稳定性。氧化锌（nO）具有无毒、电子传递速度快、成本低且生物相容性好等优点。有研究表明，在石墨烯上修饰纳米氧化锌可提高复合材料的电化学活性[1，15]。

基于石墨烯、PDDA与nO材料的以上优点，本实验通过简单的原位还原法成功合成了PDDA改性还原/nO复合材料（PDDArGO/nO），用于修饰玻碳电极，并研究了其对UA的检测性能。结果表明，此修饰电极可实现UA的特异性检测，不受共存的DA与AA的影响，而且具有稳定性和重复性好、灵敏度高等优点。

2实验部分

21仪器与试剂

NICOLEiS10型红外光谱仪（美国热电公司）； VersaSA3型电化学工作站（美国普林斯顿公司）； 三电极体系：修饰玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为辅助电极； itachi7650型透射电子显微镜（日本日立公司）； X射线衍射仪（德国BRUKER AXS公司）。

聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）、多巴胺（DA）、石墨粉（8000目）、尿酸（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）； 水合肼（80%）、抗坏血酸（天津市风船化学试剂科技有限公司）； n（NO3）2·62O（天津市科密欧化学试剂有限公司）； KMnO、NaNO3（天津市光复科技发展有限公司）； 浓2SO（98%）、2O2（30%）（天津市赢达稀贵化学试剂厂）； Cl（36%～38%， 天津市德兰化工厂）。电化学检测所用支持电解液均为01 mol/L磷酸盐缓冲液（PBS， p 70，含01 mol/L KCl）。 实验用水为二次蒸馏水，试剂均为分析纯。

22氧化石墨烯（GO）的制备

采用改进的文献[16，17]方法制备GO： 分别称取2 g石墨粉和2 g NaNO3于圆底烧瓶中，在冰水浴下加入5 mL浓2SO，搅拌1 h； 然后缓慢加入6 g KMnO， ℃以下搅拌反应2 h； 随后将水浴温度调至35℃，恒温反应3 h； 用恒压漏斗向混合物中逐滴加入90 mL水，并将水浴温度升至98℃继续反应1 h； 最后加00 mL水稀释，待温度降到60℃以下时加入10 mL 2O2和00 mL 5% Cl溶液，搅拌反应30 min。反应结束后，将反应产物用水离心洗涤至溶液p值为中性， 60℃下真空干燥，得到GO。

23PDDArGO /nO复合材料的制备

称取003 g GO超声分散在水中，配制成1 mg/mL的分散液； 加入30 mL 05% PDDA溶液，搅拌30 min，然后加入10 mL 50 mmol/L n（NO3）2溶液和2 mL水合肼，95℃恒温水浴反应3 h。将产物离心，用水洗涤，60℃真空干燥，得到PDDArGO/nO复合材料。同样的条件下制备G/nO和PDDArGO复合材料作为对照，rGO/nO的制备不加入PDDA溶液，PDDA rGO制备过程中不加n（NO3）2溶液。

2修饰玻碳电极的制备

玻碳电极（GCE，直径 mm）用05和03 μm的氧化铝抛光粉依次进行打磨光滑，用水和乙醇交替超声洗涤3次，晾干备用。 分别称取适量GO、rGO/nO、PDDArGO和PDDArGO/nO，在超声作用下分散在水中，制备05 mg/mL的分散液； 然后移取5 μL分散液滴在预处理好的玻碳电极表面，室温下晾干，得到不同材料修饰的玻碳电极，备用。

3结果与讨论

31材料的表征

由GO与PDDA rGO /nO复合材料的红外光谱图（图1）可见，GO在317、1730、1622、1392和1072 cSymbolm@@ 1处出现了较强的吸收峰，endprint

分别对应GO中O、CO、CC、CO以及CO的伸缩振动峰。而在复合材料中，CO和CO的吸收峰消失，在20 cmSymbolm@@ 1处出现了nO的伸缩振动峰，1565、1387和1210 cmSymbolm@@ 1处分别对应CC、CO和COC的特征吸收峰，说明合成材料过程中还有部分CO和COC含氧官能团剩余，但与GO相比，官能团位置发生偏移，这可能是nO及PDDA的掺入导致。

由GO、nO和PDDArGO/nO的X射线衍射谱图（图2）可见，GO在116°有一个强晶面衍射峰（001），这与文献[18]报道的结果一致。PDDArGO/nO复合材料在23°有一个晶面衍射峰（002），对应GO的（001）晶面，说明合成复合材料的过程中GO被还原。除此之外，PDDArGO/nO在315°、31°、361°、72°、563°、626°、662°、677°和689°还拥有nO的特征衍射峰，分别对应（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（200）、（112）和（201）晶面，表明PDDArGO/nO复合材料中含有nO粒子。

图3为GO、PDDArGO/nO和rGO/nO透射电镜图。从图3A可见，GO为片状结构，而且由于氧化官能团的存在，其边缘部分呈现卷曲和褶皱状态。图3B和3C显示了PDDArGO/nO与rGO/nO复合材料的形貌，石墨烯表面分布着nO颗粒，并且nO为梭状结构，粒子直径在360～30 nm之间。

裸电极（GCE）、GO、rGO/nO，PDDArGO和PDDArGO/nO修饰电极在UA溶液中的循环伏安曲线如图A所示，不同修饰电极在UA溶液中均出现了氧化还原峰，通过对比可知，PDDArGO/nO电极比其它电极的峰电流强度大，氧化峰电流值与还原峰电流值分别达到0036和00165 mA，是裸电极的58倍和1808倍，而且氧化还原峰电位相对其它电极负移。这是由于PDDA的加入使PDDArGO/nO复合材料带正电，而UA在p=7的条件下带负电，增大了电极对UA分子的静电吸引力，加快了电子的转移。

nO的加入使复合材料拥有更大的电活性表面积，进一步提高了电极对UA的电催化活性。

GCE、GO、rGO/nO、PDDArGO和PDDArGO/nO修饰电极在UA、DA和AA共存时的循环伏安曲线见图B，GCE、GO和rGO/nO修饰电极无法实现UA、AA、DA的峰分离，而PDDArGO与PDDArGO/nO修饰电极出现了3个峰，但相对PDDArGO/nO修饰电极，PDDArGO修饰电极的3种物质的峰与峰之间的电位差及峰电流强度较小，说明PDDArGO和PDDArGO/nO修饰电极检测UA均不受溶液中AA和DA的影响，但PDDArGO/nO修饰电极检测UA具有更好的靈敏度。

33扫描速率对UA检测的影响

PDDArGO/nO/GCE在UA溶液中不同扫描速率下的循环伏安曲线见图5A，UA的峰电流强度随着扫描速率的增加而增大（图5B），扫描速率的平方根与峰电流强度在一定范围内存在线性关系，线性方程分别为Ipa=01608v1/2-00116（R2=09911）； Ipc= Symbolm@@ 0117v1/2+00118（R2=099116）。表明UA在PDDArGO/nO修饰电极上的电化学行为是扩散控制过程[19，20]。

3p值对检测UA的影响

图6显示了p值对PDDArGO/nO修饰电极检测UA的影响。峰电位随着p值的增大向负电位移动，表明UA在电极上的电化学过程有质子参与[21]，而峰电流强度则随着p值的增大呈现先增大后减弱的趋势，p=70时，峰电流达到最大，因此，后续研究中选择p=70的PBS缓冲液 。

35方法的检测性能

图7A是PDDArGO/nO修饰电极在不同浓度UA溶液中线性伏安扫描曲线，图7B是UA浓度与峰电流强度的关系图，在002～010 mmol/L和010～100 mmol/L的范围内，UA的峰电流强度与浓度具有良好的线性关系，线性方程分别为I=02995C+000865（R2=099817）和I=01379C+00235（R2=099215）， 检出限为159 nmol/L（S/N=3），与文献报道的UA检测方法相比（表1），PDDArGO/nO修饰电极检测UA的检出限低，灵敏度高。

36选择性、重现性和稳定性

采用线性扫描伏安法考察了PDDArGO/nO修饰电极的选择性、重现性和稳定性。在02 mmol/L UA中， 加入5 mmol/L葡萄糖、2O2、AA和DA， 对UA测定基本无影响（信号变化的相对标准偏差Symbolm@@ 8 his work[BG）][5]

（RSD）<10%）。 为了考察电极的重现性和稳定性，制备5支PDDArGO/nO修饰电极，在含有02 mmol/L UA 的PBS（p 70， 01 mol/L KCl）溶液中进行线性扫描伏安。结果表明，峰电流响应值的RSD=29%； 将修饰电极在℃储存20 d，电流响应为原来的97%，重现性及稳定性良好。

37尿液样品分析

选取10个正常人的临床尿液样本检测UA的含量，将尿液样品用PBS（p 70， 01 mol/L KCl）溶液稀释10倍，用PDDArGO/nO修饰电极进行检测（见表2）。结果表明，10个尿液样品中UA的浓度均在正常范围内，平均浓度为321 mmol/L。将此结果与临床检测值进行对比发现，二者测定结果一致，表明此修饰电极能用于实际样本中UA的检测，可以满足实际应用的需求。

研究结果表明， 所合成的PDDArGO/nO复合材料具有良好的稳定性和分散性， 用此材料修饰玻碳电极测定UA显示出高灵敏度，具有良好的选择性、稳定性和重现性，用于实际尿液样品检测，结果与临床检测值一致。endprint

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AbstractBy using zinc nitrate as precursor and hydrazine hydrate as reducing agent， polydiallyl dimethyl ammonium chloride modified reduced graphene oxide/zinc oxide composite materials （PDDArGO/nO） were prepared by simultaneous reduction of graphene oxide （GO） and zinc nitrate he composite materials were characterized by ourier transform infrared （IR） spectroscopy， Xray diffractometer （XRD） and transmission electron microscopy （EM）， and their electrochemical catalytic activity for uric acid was studied by cyclic voltammetry （CV） and linear sweep voltammetry （LSV） measurements he result showed that PDDArGO/nO modified glassy carbon electrode prepared here was sensitive， reproducible and stable， and had significant electrocatalytic activity for UA When using linear sweep voltammetry for detection of UA， the responses of modified electrode were linear with UA concentration in the ranges of 002-01 mmol/L and 01-10 mmol/L respectively， with detection limit of 159 nmol/L （S/N=3）

KeywordsGraphene； inc oxide； Composite material； Cyclic voltammetry； Linear sweep voltammetry； Uric acidendprint