药物与生物分子在镍（复合）修饰电极上的电化学行为研究进展

崔闻宇，权茂华，樊 宇，张 乔，贾 琦

（1.哈尔滨商业大学药学院，黑龙江哈尔滨150076；2.北京科技大学材料科学与工程学院粉末冶金研究所，北京100083）

恶性肿瘤是导致人类死亡的重要原因之一，预计2020年，全球恶性肿瘤病例将达到4 500万（我国占1／5），死亡1 000万（我国占1／4）。迅速增长的癌症病例已经成为世界各国健康医疗系统不堪承受之重。

电化学方法是一种理想的检测方法，在提高选择性、灵敏度和仪器的小型化等方面具有独特的优越性。电化学生物传感器可以快速、简单、灵敏地检测药物与生物分子的电化学行为，从而探讨药物与生物分子的相互作用，在药物的开发与检测领域具有重要的理论意义。而电极的表面修饰技术因可极大地提高电化学生物传感器的灵敏度，且具有很高的识别专一性，受到研究者的关注［1］。作者在此按金属镍修饰电极、金属镍复合材料修饰电极进行分类，讨论了金属镍（复合）修饰电极上药物与生物分子的电化学行为，综述了金属镍（复合）修饰电极在药物与生物分子检测领域的应用现状，并对离子液体电沉积制备金属镍（复合）修饰电极的研究概况进行了介绍。

1 金属镍修饰电极上药物与生物分子的电化学行为

1.1 离子注入法制备金属镍修饰电极上药物与生物分子的电化学行为

李启隆课题组采用离子注入技术研制了金属镍修饰电极，并基于此电极对药物与DNA、蛋白质的电化学行为进行了研究。胡劲波等［2］采用离子注入法制备了金属镍修饰电极，在0.05mol·L－1Tris－0.5mol·L－1NaCl缓冲溶液（pH 值7.1）中，研究了该电极上米托蒽醌（MX）与DNA 相互作用的电化学行为，结果表明，MX 与DNA 可形成一种非电活性的结合物，使MX 峰电流降低（图1），据此可以测定DNA。该电极稳定性和重现性均较好，灵敏度较高。

图1 MX与DNA相互作用的线性扫描伏安曲线Fig.1 Linear sweep voltammograms of interaction between MX and DNA

胡劲波等［3］还研究了该电极上博莱霉素（BLM）与DNA 相互作用的电化学行为，结果发现，BLM 在0.1 mol·L－1HAc－NaAc溶液（pH 值4.62）中，在Ni／玻碳电极（GCE）离子注入修饰电极上的还原属具有加速作用的不可逆过程，注入的Ni加速了BLM 的还原（图2），进一步证实该电极可用于DNA 的测定。

图2 BLM 与DNA相互作用的线性扫描伏安曲线Fig.2 Linear sweep voltammograms of interaction between BLM and DNA

1.2 滴涂法制备金属镍修饰电极上药物与生物分子的电化学行为

李卫娟等［4］采用滴涂法制备了镍纳米粒子修饰电极，并研究了多巴胺（DA）在0.1mol·L－1磷酸缓冲溶液（pH 值6.0）中的电化学行为，结果表明，该金属镍修饰电极对DA 具有灵敏的响应性，检出限可达6.5×10－9mol·L－1，与目前常用的DA 检测法（如流动注射化学发光法［5－6］、高效液相色谱法［7］、荧光法［8］）相比，具有灵敏度高、操作简单、检测快速等优点。

2 金属镍复合材料修饰电极上药物与生物分子的电化学行为

金属镍复合材料修饰电极广泛应用于生物电化学领域。Salimi等［9］采用电沉积的方法将氧化镍纳米粒子固定在GCE 上，在－0.1～1.0V 电压范围内进行循环伏安扫描，再将鸟嘌呤修饰到电极上制备鸟嘌呤／氧化镍纳米粒子修饰电极，对胰岛素进行测定。该电极在生理pH 值条件下，能够降低胰岛素的过电位，起到催化作用，其检出限为22×10－12mol·L－1。Yang等［10］采用模板法制备了具有三维多孔结构的组氨酸／铁镍复合物纳米管，由于具有电导率良好、比表面积较大、电活性位点较多、与GCE表面固定牢固的特点，使得金纳米粒子有效地吸附在组氨酸／铁镍复合物纳米管表面。该修饰电极可以选择性催化葡萄糖的氧化，对葡萄糖测定的线性范围为2×10－6～2×10－2mol·L－1。Xiao等［11］采用脉冲电沉积法将Pt、Ru、Ni三元合金沉积在多壁碳纳米管（MWNTs）和离子液体凝胶上，并通过扫描电子显微镜观察其表面形貌（图3）。其中，PtRuNi－MWNTs－IL修饰的GCE可用于检测乙醇，且具有响应时间短、检测范围宽、灵敏度高、重现性和稳定性好等优点。

图3 MWNTs（a）、MWNTs－IL（b）、PtRuNi－MWNTs（c）和PtRuNi－MWNTs－IL（d）的SEM 照片Fig.3 SEM Images of MWNTs（a），MWNTs－IL（b），PtRuNi－MWNTs（c）and PtRuNi－MWNTs－IL（d）

Safavi等［12］将纳米Ni（OH）2、离子液体、石墨混合，制备了Ni（OH）2修饰的碳离子液体电极（CILE），Ni2＋／Ni3＋氧化还原电对在碱性条件下可以催化葡萄糖，葡萄糖的检测范围为50×10－6～23×10－6mol·L－1，检出限为6×10－6mol·L－1。该电极对抗坏血酸和尿酸等血液中的常见物质有良好的抗干扰能力。

3 离子液体电沉积制备金属镍（复合）修饰电极的研究概况

传统电解液（水溶液和普通有机溶剂）是电沉积技术常用的电解液，随着电化学技术的发展，其缺陷（如析氢导致的镀膜结构松散）逐渐显现。自1951 年，Hurley等［13］报道了由AlCl3和溴化乙基吡啶形成的室温离子液体进行金属的电沉积后，离子液体作为电沉积电解液的研究迅速展开。所谓离子液体，是指在室温及相近温度下完全由离子组成的有机液体物质，也称室温熔融盐。离子液体由于具有特殊的物理化学性能（如电化学窗口宽、蒸汽压低、溶解性好、可形成特殊结构沉积薄膜等），越来越多地应用于电化学领域［14－16］。除了作为支持电解质用于电化学过程，离子液体还可以作为修饰剂用于修饰电极的制备［17－18］。离子液体电沉积制备金属修饰电极，可从根本上解决传统电解液电沉积过程析氢导致的镀层结构松散问题。

国内外学者采用离子液体电沉积法在金属镍（复合）修饰电极的制备领域开展了广泛的研究。Freyland等［19］在纳米尺度下研究了离子液体［BMIM］Cl、［BMIM］PF6中镍的欠电势沉积时的生长过程，结果发现，镍在二维生长条件下为单层生长，而在一定的超电势条件下，镍首先沉积在基体上，其后呈三维柱状生长。高丽霞等［20］在含Ni2＋的2AlCl3／Et3NHCl离子液体中的铜电极上通过恒电位电沉积金属镍，并采用循环伏安和计时电流法揭示了铜电极上沉积金属镍的成核机理为受扩散控制的三维瞬时成核。在离子液体中可电沉积铝镍合金，并且通过控制沉积电压和离子液体的种类调节合金的组成，前提是金属的沉积还原电位相近［21］。Ueda等［22］在［EMIm］AlCl4铝氯酸离子液体中将Cr引入铝镍合金中，在－0.2V 恒电位条件下，合金组成原子比Al∶Cr∶Ni＝97∶2∶1，采用脉冲法可将Ni含量提高至27%。

4 展望

离子注入法、离子液体电沉积法和滴涂法是制备镍（复合）修饰电极常用的方法。但离子注入法需要使用大型专业实验设备——金属蒸汽弧（MEVVA）源离子注入机；滴涂法制备的镍（复合）修饰电极修饰层与基底层结合度不够理想；而离子液体电沉积法制备的镍（复合）修饰电极，可通过改变电沉积工艺参数很容易控制修饰层晶粒的尺寸和取向，且消除了析氢导致的镀层结构松散，使修饰层与基底层结合牢固，而且制备过程不受大型专业实验设备的限制，在研究药物与生物分子的电化学行为方面潜力巨大。

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