石墨烯修饰电极在药物分析中的应用

韩 璐，黄大波



石墨烯修饰电极在药物分析中的应用

韩 璐1，黄大波2

（1. 营口理工学院 化学工程系， 辽宁 营口 115014； 2. 营口市公安局刑警支队， 辽宁 营口 115000）

总结了近年来国内外的研究成果，分别从抗菌消炎类药物、解热镇痛类药物、神经系统类药物、心脑血管类药物、抗病毒类药物、维生素类药物等几方面综述了石墨烯修饰电极在药物分析中的最新研究进展。

石墨烯；修饰电极；药物分析；综述

药品的特殊性，决定了其与人的生命息息相关。因此，建立一种行之有效的快速检测手段尤为重要。近年来电化学分析法因其设备简单，易于操作，响应时间短，被广泛的应用于环境分析、食品分析、医药分析等多领域。尤其随着修饰电极的出现，各种功能化的电极不断发展，拓宽了电分析化学的应用范围，极大地满足了越来越复杂的检测需求，提高了该方法的检测灵敏度。

石墨烯[1]作为碳家族的新成员，一出现便引起了科学界的普遍关注。石墨烯独特的二维蜂窝状网状结构，使其展现出了优异的物理化学性能，诸如超高的电子迁移率和机械强度、大的比表面积、良好的导电导热性以及透光性[2-4]。另外，石墨烯还具有电化学窗口宽、电催化活性高、吸附力强、生物兼容性好[5,6]等特点，很快就成为一种理想的电极材料被广泛研究。本文总结了近年来国内外的研究成果，重点介绍了石墨烯修饰电极在药物分析中的应用。

1 抗菌消炎类药物

Karuppiah C等[7]提出了一种利用羧基功能化氧化石墨烯修饰玻碳电极来实现非甾体类抗炎药双氯芬酸定量测定的新思想。该修饰电极对双氯芬酸表现出了明显的电催化效应，与裸电极相比，双氯芬酸氧化峰电流显著提高，用于人体尿液和血清样本中双氯芬酸的测定，检测灵敏度高达0.532 µA (µmol/L)-1cm-2。另外，将该方法用于市售药物片剂中双氯芬酸含量的测定，其结果与药剂的标注含量相吻合。

吴芳辉等[8]采用滴涂法制备了氧化石墨烯修饰的玻碳电极，比较了氧氟沙星在裸玻碳电极和修饰电极上的电化学行为。结果表明，在修饰电极上氧氟沙星的氧化峰电流显著增强，同时过电位降低了近70 mV。采用示差脉冲伏安法测得氧氟沙星的检测限为2.2×10-7mol/L。将该方法用于滴眼液中氧氟沙星的测定，其结果与标注含量基本一致，平均回收率为98.2%。

Devadas B等[9]提出了利用氧化石墨烯/聚精氨酸修饰玻碳电极来实现抗结核药物异烟肼、吡嗪酰胺和盐酸丁螺环酮同时测定的新方法。该方法检测线性范围宽，可达到三个数量级，对异烟肼、吡嗪酰胺和盐酸丁螺环酮的检出限分别低至2.59、3.54以及3.28 µmol/L。方法用于血清和普通市售药剂含量的测定，其测定结果与药剂的标注含量相符。

Tajik S等[10]制备了一种新型的离子液/石墨烯修饰碳糊电极，用于芒果苷的测定。修饰电极对芒果苷的测定具有明显的增敏作用，采用方波伏安法测得芒果苷的检出限为20.0 nmol/L，线性范围为5.0×10-8～2.0×10-4mol/L。该方法已成功用于血清和尿液中芒果苷的含量测定。

2 解热、镇痛类药物

Yiğit A等[11]构建了石墨烯-Nafion复合膜修饰玻碳电极，用于对乙酰氨基酚、阿司匹林、咖啡因三种解热镇痛药的同时测定。采用方波阳极溶出伏安法测得对乙酰氨基酚、阿司匹林、咖啡因的氧化峰电位分别为0.64、1.04、1.44 V，相邻峰电位相差0.4 V，并且三者的氧化峰电流与其浓度具有良好的线性关系，检出限分别可达1.2×10-9、6.5×10-8、3.8×10-8mol/L。该修饰电极已经成功的用于成品药剂中对乙酰氨基酚、阿司匹林、咖啡因的定量测定。

李春兰等[12]制备了石墨烯/DNA/纳米金复合物修饰玻碳电极，研究了布洛芬在修饰电极上的电化学行为，建立了布洛芬的电化学分析方法。在裸玻碳电极上，几乎没有观察到布洛芬的电化学信号。而在修饰电极上，布洛芬出现了明显的氧化峰，且峰形良好。采用差分脉冲伏安法测得布洛芬的线性范围在7.2×10-7mol/L到4.9×10-5mol/L之间，检测限为1.5×10-7mol/L。

张青春等[13]预先将纳米Fe3O4与石墨烯超声混匀，再采用滴涂的方式构建了纳米Fe3O4-石墨烯复合膜修饰玻碳电极，考察了吡罗昔康在修饰电极上的电化学行为。采用方波伏安法，测得吡罗昔康的检出限为5.3×10-7mol/L。该方法用于市售吡罗昔康药片的测定，其加标回收率在100.0%～104.0%之间。

杨欣等[14]制备了石墨烯－Nafion－纳米金复合物增敏印刷电极，用于中草药青藤碱含量的测定。通过优化修饰剂用量、富集电位、富集时间等实验条件，在pH=2.09的Britton－Robinson缓冲溶液中，测得青藤碱的检出限为2.2×10-7mol/L，线性范围为5.0×10-7～1.0×10-4mol/L。该方法用于正清风痛宁注射液样品中青藤碱加标回收率的测定，结果令人满意。

3 神经系统类药物

Parvin M H等[15]通过还原氧化石墨烯的方式构建了石墨烯修饰碳糊电极，用于右旋美托咪定的测定，并且考察了pH值、支持电解质、扫描速率及可能存在的干扰物质等因素对测定的影响。在优化的实验条件下，采用微分脉冲伏安法测得右旋美托咪定的线性范围0.009 ~2.5 µmol/L，检出限为2.8 nmol/L。

在抗坏血酸和尿酸存在下选择性测定左旋多巴的方法由Yi S Y等[16]人提出。与裸电极相比，在石墨烯修饰玻碳电极上，三者的氧化峰电位分别位于0.098、0.285、0.423 V，左旋多巴的氧化峰可以被很好的分离出来，从而可以排除抗坏血酸和尿酸的干扰，实现左旋多巴的单独定量测定。该电极系统已经成功的用于市售片剂和尿液样本中左旋多巴的直接测定。

Fakhari A R等[17]采用微分脉冲伏安法在石墨烯修饰的丝网印刷电极上实现了对血浆和尿液中中枢性镇咳药右美沙芬的测定。

4 心脑血管类药物

4.1 降压类药物

Gholivand M B等[18]在石墨烯/二茂铁修饰碳糊电极上实现了抗高血压药物卡托普利和氢氯噻嗪的同时测定，通过优化实验条件，采用差分脉冲伏安法得到卡托普利和氢氯噻嗪的检测线性范围分别为1~430 µmol/L和0.5~390 µmol/L。

Hasanzadeh M等[19]制备了β–环糊精/氧化石墨烯复合物修饰的玻碳电极，并通过循环伏安法、微分脉冲伏安法以及计时库仑法研究了赖诺普利在修饰电极上的电化学行为。结果表明，修饰电极对赖诺普利具有明显的电催化作用，可降低检测限至0.11 µmol/L。目前，该方法已经成功地用于人血清中赖诺普利的测定。

Beitollahi H等[20]考察了甲基多巴在石墨烯复合物修饰碳糊电极上的电化学行为。在优化的实验条件下，通过方波伏安法测得甲基多巴的线性范围为9.0×10-8～5.0×10-4mol/L，检出限为5.0×10-8mol/L。该传感器灵敏度高，选择性好，已经成功的用于尿液和药物制剂等实际样品中甲基多巴含量的测定。

4.2 其他血管类药物

Parvin M H等[21]介绍了一种利用功能化石墨烯修饰碳糊电极来实现抗坏血酸、多巴胺和尿酸同时测定的方法。由于石墨烯的存在，三种物质在修饰电极上的吸附分别表现为静电作用、离子交换和氢键三种不同的方式，使得其氧化峰电势可以被很好的分离，实现同时测定。采用微分脉冲伏安法，测得抗坏血酸、多巴胺和尿酸的线性范围分别为0.05~9.0、0.03~13、0.03~5.5 µmol/L，检出限分别为0.02、0.01、0.01 µmol/L。

孙伟等[22]采用分步电沉积的方式制备了三维的纳米金/石墨烯复合物修饰离子液碳糊电极。由于纳米金和石墨烯的协同作用，芦丁在修饰电极上的电化学信号显著提高。在优化的实验条件下，测得其检出限为2.55×10-8mol/L。该方法用于市售复方芦丁片的测定，其结果与标注含量基本一致，加标回收率在98%～99.67%之间。

Ma X等[23]在pH = 4的磷酸盐缓冲溶液中，利用石墨烯修饰的玻碳电极实现了抗坏血酸、去甲肾上腺素、尿酸的同时测定。相较于传统电极，修饰电极不仅可以将三者的氧化峰很好的分离，同时具有良好的电催化活性，可以显著提高三者的氧化峰电流，降低检出限。

Ruan C等[24]先将石墨粉和二苯乙炔混合制得了分子线修饰碳糊电极，并以此为基底制备了石墨烯/壳聚糖复合物膜修饰电极，用于三磷酸腺苷的灵敏检测。在该修饰电极上，三磷酸腺苷在1.369V出现一个不可逆的氧化峰。采用差分脉冲伏安法，测得三磷酸腺苷的氧化峰电流与其浓度在1.0 nmol/L~700.0 µmol/L范围内成良好的线性关系，检出限为0.342 nmol/L。该方法可以排除常见共存物质，如尿酸、抗坏血酸和三磷酸鸟苷的干扰，并且已经成功的应用于注射液样品的测定。

5 抗病毒类药物

Domínguez C S H等[25]利用微分脉冲伏安法考察了金刚烷胺在不同电极上的电化学行为，结果表明在石墨烯复合物修饰电极上金刚烷胺的响应最好，是受扩散控制的还原过程，最低检出限可达15 ng/mL，已经用于生物体液中金刚烷胺的测定。

Zhao F等[26]制备了一种新型的基于L–半胱氨酸/氧化石墨烯–壳聚糖复合膜修饰电极上的伏安传感器，用于苦参碱的测定。该传感器稳定性好、灵敏度高。目前已经成功地用于苦参碱注射液的定量测定，结果令人满意。

Zhang D等[27]提出了一种利用石墨烯修饰玻碳电极来测定黄芩素含量的方法。与裸电极相比，修饰电极对黄芩素具有更好的电催化活性，可以降低黄芩素的检测限到6 nmol/L，为黄酮类药物的检测提供了有效的新方法。

6 维生素类药物

Razmi H等[28]采用电化学还原氧化石墨烯的方式制备了石墨烯修饰的碳陶瓷电极。由于石墨烯独特的结构和性能使得修饰电极对维生素B6表现出了明显的增敏作用，降低维生素B6的检出限至0.3 µmol/L。该修饰电极用于实际药物样品的测定，结果令人满意。

马玲等[29]采用循环伏安法和示差脉冲伏安法研究了维生素B12在石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为，并将该修饰电极成功的用于维生素B12注射液和片剂的测定。该方法用于尿样中维生素B12的回收率测定，结果在98.2%~102%之间。

7 结语与展望

大量研究结果表明，石墨烯作为一种理想的新型电极修饰材料，在机械强度、生物兼容性、导电性以及电催化活性等方面均展现出了良好的性能，很大程度上提高了电分析化学的检测灵敏度，在药物分析中具有广阔的应用前景，为临床合理用药提供了科学指导，对药物质量进行全面的检验和控制，确保用药安全具有重要意义。尤其是随着各种微型电极的出现，为药品的动态分析提供了可能。但是在实际的药物分析中，样品成分往往过于复杂，如何提高石墨烯修饰电极的选择性，仍然是化学工作者的一个努力方向。

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Application of Graphene Modified Electrodes in Pharmaceutical Analysis

1,2

（1. Department of Chemical Engineering, Yingkou Institute of Technology , Liaoning Yingkou 115014，China； 2. Criminal Police Detachment of Yingkou Public Security Bureau, Liaoning Yingkou 115000，China）

Recent research achievements of graphene modified electrodes at home and abroad were summarized, application of graphene modified electrodes in determination of antibacterial and anti-inflammatory drugs, antipyretic analgesics drugs, nervous system drugs, cardiovascular and cerebrovascular drugs, antiviral drugs and vitamins was discussed.

Graphene; Modified electrode; Pharmaceutical analysis; Review

O 657

A

1671-0460（2017）06-1200-04

2017-03-20

韩璐（1983-），女，辽宁省营口市人，实验师，硕士，2009年毕业于山东大学分析化学专业，研究方向：电分析化学。E-mail：174033726@qq.com。