基于纳米银-二氧化钛-壳聚糖复合物修饰电极的芦丁电化学传感器的构建及其应用研究

齐烨迪，张诗琪，周鑫悦，陈 莉，林 晓，赖 昕，余丽双



基于纳米银-二氧化钛-壳聚糖复合物修饰电极的芦丁电化学传感器的构建及其应用研究

齐烨迪，张诗琪，周鑫悦，陈 莉，林 晓，赖 昕，*余丽双

（福建中医药大学药学院，福建，福州 350122）

本实验以Ag-TiO2-CS纳米复合物修饰电极构建电化学传感器，建立适用于其分析检测的电化学分析新方法。利用Ag-TiO2-CS修饰电极，以此制备芦丁电化学传感器。用循环伏安法（CV）对电极的电化学特性进行研究，之后用差分脉冲伏安法（DPV）对芦丁进行检测，建立芦丁的电化学检测新方法。CV实验表明Ag-TiO2-CS纳米复合物具有良好的电化学活性，可以应用于芦丁检测。DPV实验进一步表明，修饰电极峰电流值与芦丁浓度在一定范围内呈线性关系，稳定性、抗干扰性等良好，此电化学传感器可以对芦丁片中的芦丁进行测定，结果良好。该传感器制作方法简单，灵敏度较高，稳定性好，可用于芦丁片中芦丁的分析测定。

芦丁；电化学传感器；Ag-TiO2-CS纳米复合物；修饰电极

芦丁（Rutin），化学名是3’, 4’, 7-三[O- (2-羟乙基) -5羟基黄酮-3]-芸香苷，又称为芸香苷、维生素P，它是从植物中提取出来的天然黄酮类物质，存在于很多传统中药以及食物中[1]，例如荞麦、苹果和茶，它是食品和植物饮料的重要膳食成分[2-4]。芦丁具有血管舒张和降低脆性作用，具有抗炎抗菌、抗辐射以及抗氧化作用[5-10]，对心血管、痛风等病也有一定的疗效[11]。芦丁在临床上主要用于防治高血压、急性出血性肾炎、脑溢血等疾病[12]。

文献报道，测定芦丁原药材[13-15]的方法主要为高效液相色谱法，测定芦丁制剂比较常用的方法除了高效液相色谱法(HPLC)[16-18]外，还有荧光分光光度法[19]、紫外-可见分光光度法[20-21]、电泳法[22]、流动注射化学发光法[23]等。在电化学领域，电化学分析法具有灵敏度高、选择性好、响应时间短和方法简便等优点，是一种公认的微量和痕量分析方法，在一些苛刻的环境条件下，也可以进行有效快速的测定[24]。

本实验进一步探索芦丁的检测新方法，以纳米材料修饰电极构建电化学传感器，建立适用于其分析检测的电化学分析新方法，旨在通过构建电化学传感器建立芦丁质量控制的简便、灵敏、快速的新分析方法，为芦丁的分析检测研究、代谢研究提供有效的技术手段。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

CHI660C型电化学工作站（上海辰华仪器有限公司）；舒美KQ116超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；雷磁PHS-3C型精密酸度计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；XS105电子分析天平（Mettler Toledo）； CJJ79-1磁力加热搅拌器（金坛市白塔新宝仪器厂）；HH-4数显恒温水浴锅（常州国华电器有限公司）；TGL-16G台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；TECNAI G2F20 场发射透射电子显微镜（美国FEI公司）。

三电极体系：氧化铜/Nafion膜修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极。

1.1.2 试剂

芦丁（中国药品生物制品有限公司）；复方芦丁片（上海朝晖药业有限公司）；不同pH值不同浓度的磷酸盐缓冲液、壳聚糖、硼氢化钠、硝酸银溶液（国药集团化学试剂有限公司）。

实验中所用水均为二次蒸馏水，经Milli-Q超纯水系统（美国Millipore公司）处理。

1.2 对照品溶液的制备

精密称取芦丁对照品适量，用乙醇溶解并制成浓度为1.0 mg/mL的对照品储备液，检测时用支持电解质稀释到一定的浓度。

1.3 Ag-TiO2-CS纳米复合物的制备

Ag-TiO2-CS纳米复合物参照文献方法制备[25-26]。取0.5 mL TiO2(5%)、1.0 mL AgNO3(0.05 mo/L)和0.5 mL CS(0.1%)溶液于烧杯中，接着向烧杯中逐滴滴加0.125 mL NaBH4(0.01 mo/L)溶液，直至烧杯中溶液的颜色变成咖啡色，再继续搅拌30 min。将制得的Ag-TiO2-CS纳米复合物进行离心、洗涤，即得。最后将制得的Ag-TiO2-CS超声分散于2.0 mL的蒸馏水中，得到均匀的咖啡色悬浮液。

1.4 电化学传感器的制备

金电极在修饰前，先后用1.0、0.3、0.05 μm的α-Al2O3粉末在专业抛光布上抛光成镜面，每次打磨后用蒸馏水清洗干净。将处理好的电极置于含5 mM K3Fe(CN)6的0.5 M KCl溶液中，采用三电极系统在扫描电压-1 V~+0.8 V用CV法进行扫描，根据氧化还原峰电位差判断电极抛光程度，若符合要求则进行活化。活化用0.5 mol/L的稀硫酸溶液，在扫描电压0 V~+1.7 V用CV进行扫描，直到峰电流不再增加。

取10 μL Ag-TiO2-CS悬浮液滴涂于预处理好的金电极表面，室温下自然晾干即制得Ag-TiO2-CS修饰金电极。

1.5 电化学方法

本实验在 pH值为6.5的0.1 M磷酸氢二钠-0.1 M磷酸二氢钠磷酸盐缓冲溶液为支持电解质的条件下，采用三电极系统，用差分脉冲伏安法对芦丁在修饰电极上的电化学行为进行研究并对其进行定量测定。

2 实验结果与分析讨论

2.1 Ag-TiO2-CS纳米复合物的表征

Ag-TiO2-CS纳米复合物透射电镜（TEM）表征结果如图1所示，所用二氧化钛为准八面体构型，由电镜图可以看出，银离子成功复合到二氧化钛纳米材料表面，且比较均匀存在。

图1 Ag-TiO2-CS纳米复合物透射电镜图

2.2 传感器的电化学行为

分别用裸电极和Ag-TiO2-CS修饰电极作为工作电极，在缓冲溶液和芦丁溶液中，在-0.6 V~+0.6 V电位范围内进行CV扫描。图2中曲线a是裸电极在含0.1 mM的芦丁的0.1 M PBS（pH = 6.5）缓冲溶液中的CV图，曲线b是Ag-TiO2-CS修饰电极在含0.1 mM的芦丁的0.1 M PBS（pH = 6.5）缓冲溶液中的CV图，曲线c是Ag-TiO2-CS修饰电极在0.1 M PBS（pH = 6.5）缓冲溶液中的CV图。从图2可以看出，芦丁在裸电极上没有氧化还原峰（曲线a），Ag-TiO2-CS修饰电极在0.1 M PBS中出现一对氧化还原峰（曲线c），说明Ag-TiO2-CS具有较好的电化学活性，其活性来自零价Ag和一价Ag之间发生的反应。当加入芦丁对照品之后，修饰电极的氧化还原峰增大（曲线b），说明芦丁与Ag-TiO2-CS修饰电极之间有较强的电催化作用。

(a)裸金电极，0.1 MPBS+0.1mM芦丁；（b）Ag-TiO2-CS修饰电极，0.1 MPBS+0.1 mM芦丁；（c）Ag-TiO2-CS修饰电极，0.1 MPBS

2.3 电化学检测条件优化

2.3.1 电极修饰液用量

本实验对电极修饰液的用量进行考察，检测不同用量对芦丁测定的影响。结果如图3所示，峰电流值一开始随着修饰液用量的增加而增加，当修饰液用量为8 μL时，峰电流值达到最大。修饰液用量继续增加，峰电流值反而下降，因此最优电极修饰液用量为8 μL。

图3 电极修饰液用量考察

2.3.2 支持电解质pH的优化

实验通过对芦丁在不同pH的0.1 M PBS中的CV行为进行考察，以此来对支持电解质的pH进行优化，实验结果如图4所示。当pH为6.5时，峰电流值达到最大，因此选择6.5作为最优支持电解质pH值。

图4 pH值考察

2.3.3 仪器参数的优化

实验考察了扫描速率对芦丁电化学测定的影响，综合考虑峰型、峰值等因素，选择最优的扫描速率是100 mV/s。

2.4 电化学传感器的性能

在pH值为6.5，其他实验条件为最佳条件下，对芦丁电化学传感器的性能进行分析。在传感器的扫描范围为-0.6~0.6 V，支持液为0.1 M的PBS中进行DPV检测。

随着芦丁浓度的增加，芦丁和修饰电极的结合量增加，进而使催化效果升高，最终使得电化学传感器的DPV检测信号增加。经过对电化学传感器在不同芦丁浓度下的DPV分析，并对不同浓度的芦丁的DPV电流峰值进行线性拟合（图5）即y = 0.5395x+0.7099，得到电化学传感器线性检测范围为0.5~100 μM，检测限为0.1 μM，线性相关性为2= 0.9939。结果表明该电化学传感器线性范围较好、检测限较低。

图5 峰电流值与芦丁的线性曲线

2.5 电化学传感器的重现性和稳定性

平行制备6根电极，在完全相同的体系下对同一份芦丁对照品溶液进行电化学检测，测得RSD为2.13% ，可见修饰膜可以稳定并且均匀地存在于金电极表面，所构建的电化学传感器的重现性良好。

将所构建的Ag-TiO2-CS芦丁电化学传感器悬挂在0.1 MPBS中，于4℃温度条件下分别放置一天、一周后，对同一芦丁对照品溶液进行测定，放置一天以及一周后测得的峰电流值分别为最初的95.23%，93.3%，所以可得此芦丁电化学传感器的稳定性良好。

2.6 实际样品的测定

为了检验Ag-TiO2-CS修饰金电极是否可以用于芦丁片中芦丁的含量测定，在最优的实验条件下，平行制备了6份供试品溶液进行检测，实验测得其平均含量为标示量的96.60%，相当于含芦丁19.32 mg/片，RSD为4.96%，测定结果如表1所示。

表1 实际样品的测定

2.7 干扰实验

本实验对芦丁片中常见的填充剂淀粉、崩解剂干淀粉、润滑剂硬脂酸镁等进行考察，经研究发现片剂中常用的辅料对芦丁片的测定均无干扰。

3 小结

本实验通过制备Ag-TiO2-CS纳米复合物并将其固载在金电极表面，制得电化学免疫传感器。Ag-TiO2-CS复合物疏松、均质且具有良好的电化学活性，有利于电子的运输，其制作简便且稳定性好。本实验通过对Ag-TiO2-CS纳米复合物的用量、检测体系的pH值、仪器参数等条件进行优化后，得到最佳的实验条件。在最优的实验条件下进行电化学传感器的抗干扰性、稳定性等考察，结果表明所构建的电化学传感器经过良好表征和优化后具有良好的分析性能，如线性检测范围宽、检测限低、灵敏度高，且重现性好、稳定性好，同时所建立的新方法可用于测量芦丁片中的芦丁含量，检测结果满意。

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Construction and Application of Rutin Electrochemical Sensor Based on Nano-silver-TiO2-Chitosan Complex Modified Electrode

QI Ye-di, ZHANG Shi-qi, ZHOU Xin-yue, CHEN Li, LIN Xiao, LAI Xin,*YU Li-shuang

(College of pharmacy, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou, Fujian 350122, China)

In this experiment, an electrochemical sensor was constructed by using Ag-TiO2-CS nanocomposite modified electrode to establish a new method of electrochemical analysis suitable for the analyzing and detecting rutin wihich is a flavonoid extracted from plants and has anti-inflammatory, anti-radiation and anti-oxidation effects. The rutin electrochemical sensor was prepared by modifying the electrode with Ag-TiO2-CS. The electrochemical characteristics of the electrode were studied by cyclic voltammetry (CV), the rutin was detected by differential pulse voltammetry (DPV) to establish a new electrochemical detection method for rutin. CV experiments showed that Ag-TiO2-CS nanocomposites had good electrochemical activity and could be applied in rutin detection. DPV experiments further showed that the peak current values of the modified electrode were linear with the rutin concentration within a certain range. The electrochemical sensor with good stability and anti-interference can measure the rutin in the rutin tablet, and the result is good. The sensor has simple preparation method, high sensitivity and good stability, and can be used for the analysis and determination of rutin in rutin tablets.

rutin; electrochemical sensor; Ag-TiO2-CS nanocomposite; modified electrode

R917

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2019.02.003

1674-8085(2019)02-0010-05

2018-12-11；

2019-01-02

福建省科技厅计划项目（2017Y0051，2018J01871）；福建省教育厅计划项目（JZ160445，JAT170288）；福建中医药大学校管课题重点专项（X2017012-重点）

齐烨迪(1992-)，女，河北石家庄人，硕士生，主要从事中药分析方法学研究(E-mail:1175056354@qq.com);

张诗琪(1994-)，女，吉林长春人，硕士生，主要从事中药分析方法学研究(E-mail:729329177@qq.com);

周鑫悦(1995-)，女，重庆人，硕士生，主要从事中药分析方法学研究(E-mail:604108084@qq.com);

陈 莉(1980-)，女，福建福州人，副教授，主要从事中药质量控制研究(E-mail:shirly_chli2018@163.com);

林 晓(1985-)，女，福建福州人，讲师，主要从事中药质量控制研究(E-mail:15031815@qq.com);

赖 昕(1987-)，女，福建福州人，讲师，主要从事中药质量控制研究(E-mail:117802843@qq.com);

*余丽双(1982-)，女，福建莆田人，副研究员，博士，硕士生导师，主要从事中药分析方法学研究(E-mail:sly2018@126.com).