纳米材料及其三维结构修饰电极检测多巴胺的研究进展

陈少华，陈文良，丁益，赵东林，谢发之，任启芳

（1 安徽建筑大学功能分子设计与界面过程重点实验室，安徽 合肥 230601；2 安徽建筑大学先进建筑材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601）

多巴胺（dopamine，DA）是调节人体情绪和认知的重要神经递质，人血清中DA 平均含量为10-6～10-9mol/L，其含量过多或过少均会引起严重的神经疾病，如帕金森症和精神分裂症[1-3]，因此经济高效的检测手段十分必要。传统检测多巴胺的方法包括但不限于分光光度法、荧光光谱法、高效液相色谱法和电化学分析法等。分光光度法利用了多巴胺独特的烯醇式结构，在与某些化合物结合时能生成有色化合物，从而对光进行选择性吸收。该法操作简便、快捷，但是准确度不高、灵敏性不好。其检测限通常为10-5数量级，远远高于人体内多巴胺含量。荧光光谱法利用了多巴胺具有共轭π键结构及分子为刚性平面，在紫外线照射下能发生荧光。该法反应灵敏，能在低浓度下检测多巴胺，但是应用范围较窄，用作定性分析较差。高效液相色谱具有高分辨率，能检测低浓度多巴胺含量，但是操作复杂，检测时间较长。在这些检测分析方法中，电化学分析方法通常能够满足经济高效这一条件，但是人血清中含有的抗坏血酸（AA）、尿酸（UA）等干扰物质在裸电极上含有与DA 相似的氧化电位，且干扰物质的浓度远大于DA，除此之外，裸电极的结垢也会降低传感器的响应，这是由于化合物在较早的电子转移后会经历许多次级反应，产生绝缘物质，导致电极表面失活。因此，研究人员致力于通过开发各种改性电极来解决这些问题。

对电极表面进行化学修饰能够有效降低反应的氧化电位，提高电子在电极、反应活性位点与检测物质之间的转移速率，同时提升对检测物质的选择性响应。这些特性与修饰材料的性质密切相关。此外，与裸电极相比，化学修饰电极不太可能发生表面结垢现象。研究表明，多巴胺在修饰电极表面发生电子转移-化学反应-电子转移。其中关键控制步骤在于电极对多巴胺的选择吸附作用，在这其中可能涉及裸电极与修饰电极不同的扩散机制[4-5]。多巴胺有强大的黏附能力，几乎可以黏附在任何材料表面，这可能与它含有邻苯二酚基团和一个氨基基团有关，这些基团能与材料表面进行共价及非共价作用。修饰材料表面的形貌、带电基团等对多巴胺的吸附也有重大影响，即使是同一种修饰材料，微观结构不同往往对多巴胺的表面吸附和电子传递速率具有很大影响。通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段可以观察修饰电极的表面形貌和成分，通过循环伏安法和电化学阻抗等方法能够研究多巴胺在电极表面的氧化过程和电子转移过程。

近年来，被用作电极修饰材料的修饰剂包括但不限于纳米材料[6-8]、导电聚合物[9-11]、离子液体[12-13]、有机配合物[14-16]等。就目前趋势而言，更多的是采用复合材料来修饰电极。纳米材料是常用的电极修饰材料，这得益于它优异的电催化能力和巨大的表面结构，纳米颗粒的不同结构往往对电催化能力具有显著影响。在本文中，将重点讲述纳米修饰材料不同微观形貌对DA分子吸附的影响，并且对比分析不同微观形貌对电催化DA 过程中电子转移的影响。

1 纳米碳基材料修饰电极检测多巴胺进展

纳米碳材料是目前最常用的电极修饰材料。其不仅拥有巨大的表面积，且独特的表面结构能提供大量的吸附位点和负载面。相比于金属材料，碳材料的制造成本更为廉价且本身不具有毒性。纳米碳材料表面的缺陷通常为DA的吸附位点，电极的氧化还原也发生在此，因而缺陷的数量往往能衡量电极的优劣。

1.1 石墨烯材料在检测DA方面的应用

石墨烯是重要的纳米碳材料，具有优异的导电性能和表面结构。当石墨烯堆叠时会呈现出基面与边缘面，一般来说边缘面具有更高的电子态密度和更好的电子传输性能[17]。石墨烯片主要呈现出基面，其缺陷部位较少，不利于检测物质的吸附，因而多用氧化石墨烯作为修饰材料。氧化石墨烯作为电极修饰材料，虽然提供了丰富的吸附位点，但是对比氧化还原石墨烯导电性能却不佳。Kohori 等[18]分别采用氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO）固定漆酶来检测多巴胺。对二者进行表征分析发现，rGO 表面不平滑，显示出更多的褶皱。GO 的减少释放出更多的活性位点，漆酶以共价结合的方式固定在rGO 表面，而以π-π 相互作用固定在GO表面，后者为物理吸附，相互作用能力较弱，不利于酶的稳定性。电化学阻抗谱（EIS）表明，rGO具有更小的电荷转移电阻Rct，这可能是因为更少的氧原子增加了电子传输。虽然最近也有研究表明基面对神经递质氧化具有更大的氧化活性而与边缘面的吸附无关[19-21]。如Unwin 等[19]指出边缘面密度对2,6-二磺酸蒽醌（AQDS）的吸附没有影响，吸附过程主要由基面控制，电活性的AQDS的分数覆盖率与边缘密度没有直接关系。此外，他们还指出在缺陷部位发现纳米颗粒不一定能确定金属成核和生长的活性位点，仅仅表明缺陷部位会“锚定”纳米金属颗粒，他们提出了一种新的纳米金属生长机理，认为纳米金属更易在基面上成核生长，随后从表面剥离。这些研究结果与传统结论相反，对这一现象仍需要更多的理论和实验探索。目前许多研究均致力于发展具有较大比表面积的纳米材料，但却往往忽略了吸附位的重要作用。研究表明，相对于比表面积，吸附位对微量乃至痕量物质检测更为关键[22]。

单层片状的石墨烯为一维材料，对电极表面的增大有限，因此目前的研究多为寻求构筑具有3D结构的电极材料表面。3D 石墨烯是石墨烯片层之间通过首尾相连，形成具有一定空间的框架结构。这种结构不仅防止了片层之间的堆栈，同时其大量的多层次孔道非常有利于传质、吸附和负载[23-24]。Huang等[25]采用3D石墨烯作为玻碳电极（GCE）修饰材料，在增大电极表面积的同时可以负载金纳米颗粒，复合材料通过协同效应促进电子在材料中的快速转移。Xu等[26-27]通过激光刻蚀聚酰亚胺膜制得具有三维多孔的激光刻蚀石墨烯（LSG），该法快速简单，既不需要使用各种化学试剂，也不需要耗时或复杂的处理工艺。更进一步，通过调节激光刻划参数，能得到从表面延伸垂直排列草状的石墨烯[27]，与普通的LSG相比，其具有更大的实际表面积以及更低的阻抗。在干扰物质抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）存在下，草状LSG电极能将其与DA的峰值显著分离，但对于其他邻苯二酚如肾上腺素（EP）和去甲肾上腺素（NE）的竞争则很难测定。

1.2 碳纳米管材料在检测DA方面的应用

碳纳米管可视为由石墨烯卷曲而成，其末端具有高密度的边缘面，可以增强对多巴胺等神经递质的吸附。这可能是由于碳纳米管的边缘平面含有大量的含氧官能团，促使带正电的多巴胺和电极之间产生静电相互作用而与抗坏血酸（AA）和多巴醌产生静电排斥作用。作为电极修饰材料，其本身也具有出色的导电能力。碳纳米管通常是通过自组装或化学气相沉积直接生长的方式在阵列中制备的，这样可以有效控制碳纳米管的取向。Schmidt 等[28]利用化学气相沉积法在石英衬底上制备了垂直生长的多壁碳纳米管阵列并将其纺成纱线，用于制造圆盘微电极（CNTy-D）。与标准碳纤维圆盘微电极相比，其表面显得更加粗糙，极大地增大了表面积（均方根粗糙度为58.1nmvs.13.8nm），并展现出了更快的电子转移动力学。Harreither 等[29]指出，由于多巴胺转变成的绝缘膜与CNTs 表面之间的结合亲和力较差，因而CNTy-D电极具有更好的耐结垢性，提高了电极的稳定性。对于修饰电极，表面粗糙度对检测的灵敏度和响应时间具有重要影响[30]。但应注意的是，碳纳米管形成的多孔碳薄膜在产生较大表面粗糙度的同时会使得多巴胺陷入缝隙中，产生薄层效应，特别是在快速扫描循环伏安法下，影响多巴胺与产物的吸附与解吸，从而不利于快速的时间响应[31]。如何平衡两者之间的关系需要进一步研究。碳纳米管用浸涂方式修饰时，倾向于平铺在电极表面，这限制了多巴胺对末端活性位点的接触，同时无数管间的接触会引入额外的电阻；而利用化学自组装法则能使CNTs 垂直排列，使更多的活性位点暴露出来，这种结构能使电子更快地在电极与活性位点之间进行转移，电极的灵敏度将得到改善[32-34]。

1.3 碳纳米角材料在检测DA方面的应用

碳纳米角（CNH）是一个圆锥形的石墨烯笼，主要由sp2杂化碳组成。每个圆锥体的直径为2～5nm、长度为40～50nm，并具有5 个五边形的封闭帽。碳纳米角可以形成大丽花状的聚集体，就像从中心伸出的花瓣一样，总直径为100nm。它们由共轭p键连接，因而具有高比表面积和电导率。其与石墨烯具有相同的性质，但是合成产物却更加纯净。它可在室温且无金属催化剂条件下通过石墨激光烧蚀得到。Puthongkham等[35]利用静电相互作用，将围绕在带负电十二烷基硫酸钠（SDS）胶束的纳米角颗粒附着在碳纤维微电极表面，Puthongkham 比较了未氧化腐蚀的碳纳米角和氧化腐蚀的碳纳米角对DA的响应，发现未氧化腐蚀的碳纳米角增加了电极表面积及对多巴胺的吸附，多巴胺氧化电流增大，但是峰电位较碳纤维微电极几乎没有变化，这说明碳纳米角并不具备电催化效应。经过氧化腐蚀的碳纳米角表面则产生了缺陷以及氧化基团，虽然通过图1无法看出两者表面的明显区别，但是拉曼光谱显示出氧化腐蚀的碳纳米角的D/G比显著增大。在对DA的检测过程中，发现峰电位发生了正移，峰电流增大。

图1 碳纤维微电极（CFME）表面电沉积的碳纳米角SEM图像

1.4 DA在纳米碳材料上的吸附形态

不同表面形貌纳米碳材料对DA 的检测性能如表1所示。采用碳纳米材料对电极进行修饰在报道中已屡见不鲜，但是很少有对多巴胺如何在碳材料表面进行吸附进行深入报道，计算模拟提供了一条很好的思路。通过密度泛函理论（DFT）能够对材料进行模拟计算，为研究材料相界面的纳微结构和形成规律、相界面性质和纳微结构关系、界面作用机理和动力学过程等提供参考。王群等[36]利用DFT研究了多巴胺在石墨烯表面的吸附机理。模型表明，多巴胺在纯石墨烯表面是典型的物理吸附，其吸附能较低。多巴胺芳环、酚羟基、—CH2和石墨烯芳环之间主要形成π-π、—OH-π、—CH-π 相互作用。多巴胺在掺杂Fe或Ca的石墨烯表面则为化学吸附，吸附能较强，这是因为多巴胺在掺杂石墨烯表面上的主要吸附作用是共价作用。由局部电荷分析可知，掺杂原子Fe和Ca将电子转移到多巴胺中的O 原子上，形成了Fe-O 和Ca-O 相互作用，且垂直吸附时转移的电子数更多。从表2 中可看出，多巴胺在掺杂石墨烯表面上多为垂直吸附，这是因为吸附距离最短，共价作用更强。

表1 不同表面形貌纳米碳材料对DA的检测性能

表2 多巴胺在纯的Fe和Ca掺杂石墨烯表面的吸附能[36]

2 纳米金属材料修饰电极检测多巴胺进展

纳米金属材料由于尺寸小，具有许多与块状金属不一样的性质。随着纳米粒径的减小，表面原子数迅速增加，纳米粒子的表面积、表面能迅速增加。但是纳米粒子不同晶面的表面能不同，在形成纳米颗粒时常常呈现出某一特定晶面。这些晶面对有机物等分子吸附具有很大影响[37]。一般来说，表面能大的晶面对有机物分子吸附能力较大，但是也有研究表明，溶剂等因素也会影响晶面对有机物分子的吸附。

2.1 纳米金属材料在检测DA方面的应用

金、银等贵金属纳米颗粒是常用的催化材料，通过控制反应条件，可以形成不同尺寸及形貌的图案。Lin 等[38]探究了一维有序与无序金纳米棒在循环伏安法下的表现，认为有序的金纳米棒阵列结构可能发生径向扩散且金纳米棒间相互接触较小，减小了电子传递阻力。相比于构建一维或二维纳米金属结构，三维结构更能提高电催化活性，并且伴随着某些特别的效应，如表面增强拉曼散射（SERS）等。三维花状金纳米结构的生长机制受不同还原剂的影响[39]，Zheng 等[40]通过一步合成电沉积方法在金电极上构建了金纳米花结构，该结构较裸金电极表面积增大了17 倍，为1.84cm2。对DA 的检测限为0.2μmol/L。目前，已经成功制备了纺锤形金纳米结构[41]、金纳米星[42]等结构，虽然这些独特的结构均能有效增大表面积，然而却并没有进一步对比研究不同结构对检测的影响。

2.2 纳米金属氧化物在检测DA方面的应用

过渡金属纳米材料虽然导电性能不佳，但是其具有高的比表面积和电催化活性。相比于贵金属，其种类更为丰富且廉价。在形成纳米材料时，可以构建更为复杂的三维形貌。Wang 等[43]制备了MnO2纳米花并将其电沉积在羧基化的多壁碳纳米管/玻碳电极表面，成功制备了比例式传感器。经过实验对比发现，MnO2的导电性很差，但是MWCNT 和MnO2之间的协同作用则提高了电极的电导率，电荷转移电阻Rct为0.0147Ω（vs.444.9Ω，GCE），电子传输速率常数约为27.8cm/s（vs. 1.7×10-3cm/s，GCE）。由Randles-Sevcik 等式计算出修饰材料极大地增大了电极电化学活性面积，为0.131cm2（vs.0.07cm2，GCE）。他们还根据拉维尔方程求出了DA在电极表面的表面覆盖率和电子传递数，确认了多巴胺在电极表面的氧化产物为多巴醌。研究表明，多巴胺检测信号的增强是由于DA在修饰电极表面的覆盖率增加以及MnO2的电催化活性。修饰电极对DA 的检测限（LOD） 为0.17μmol/L。Divagar 等[44]研究了DA 在纳米β-MnO2上的吸附形态，揭示了不同晶面对DA 的结合能不同。此外，相比于棒状结构，纳米状的β-MnO2在电极表面分布更为均匀，尺寸小而位错缺陷多，具有更多的结合位点，证明了良好的结晶度和形态是电极高灵敏度的原因。纳米氧化铜（CuO）也是优异的修饰材料，能够排除弱吸附的氢从而提高反应速率。目前已经成功合成出各种形态的纳米铜，如纳米线、纳米棒、纳米片、纳米花等。然而，目前在合成时大多采用了非环境友好的化学试剂，这不利于生物医学等领域的要求。Sundar等[45]采用水果提取物，绿色合成了一维氧化铜纳米线并成功用于检测DA。相比于裸电极，其具有更大的表面积，因CuO 纳米线带负电的自由表面羟基的存在，更易与带正电DA 的氨基（—NH2）化学键合形成氢键，从而促进电子转移。

不同表面形貌纳米金属材料对DA 的检测性能如表3所示。在多巴胺吸附过程中，不仅需要考虑修饰材料的吸附位点，更要考虑多巴胺的吸附形态。Castillo等[46]利用DFT理论研究了多巴胺在TiO2表面上的吸附几何结构，TiO2（110）面是高能面，有利于吸附。在模拟计算过程中，多巴胺几乎以苯环垂直的方式吸附在TiO2比表面，多巴胺中两个氧原子与TiO2表面两个Ti原子通过Ti—O键的方式连接在一起，两者吸附能较大，为化学吸附。研究还表明，多巴胺的吸附能显著降低TiO2能带宽度。

表3 不同表面形貌纳米金属材料对DA的检测性能

3 纳米材料3D 修饰电极检测多巴胺进展

3.1 纳米材料三维表面结构类型

目前，纳米材料电极表面构筑3D 结构主要分为三种类型：阵列结构、多孔结构、特定图案。三维阵列结构是最常用的表面形貌，通常采用碳纳米管或金属的定向生长来实现。相比于任意取向的生长，其活性位点不易被掩盖，且有利于减小传质电阻。多孔结构的碳材料由活性炭和3D 石墨烯或者含碳材料煅烧而成，其具有巨大的表面积，能够负载其他修饰材料来进一步提升电极性能。但是多孔碳材料孔径大小常常不好控制。

3.2 纳米材料表面3D结构的构造方法

3.2.1 激光刻蚀

激光刻蚀制得还原氧化石墨烯是一项新兴技术，相比于其他多孔石墨烯的电流合成方法，需要高温处理或需要多步耗时的化学合成法等，激光刻蚀技术具有操作简单、耗时短、绿色无毒等优点[47]，有利于大规模低成本制造石墨烯。由于激光刻蚀表面的复杂性，其属于光热、光化学机理或两者兼而有之仍然处于争论之中。Arul等[48]等探究了激光还原氧化石墨烯的机理，认为两种机理兼而有之，在激光刻蚀下，氧化石墨烯表面由光化学去除氧气，在此过程中加热了受辐照斑点及其周围区域，加热为局部晶格提供了重新排列为类石墨烯（sp3到sp2结构转化）所需的能量。本质上，这是一个高度局部化的激光介导的热退火过程。连续波激光和飞秒脉冲分别由于较低的能量密度和加热时间，导致薄膜中的热沉积较低，无法促进晶格重排。Lin等[49]运用CO2红外激光直接刻划聚酰亚胺薄膜（PI）得到了具有三维结构的多孔石墨烯薄膜，在电化学过程中，异质电子转移主要发生在石墨烯边缘平面缺陷部位，3D 孔隙度有利于快速的电子传输速率[50]。

3.2.2 3D打印

3D打印又被称为“增材制造”，被广泛认为是一种革命性的制造技术，相比于传统的减材制造过程，其可以直接生产具有任意结构的三维对象，摆脱了空间几何及设计工艺的束缚，在众多领域具有重要的应用前景。目前，3D打印方法主要有3种，分别为喷墨打印法、直写成型法和熔融沉积成型法[51]。分辨率一直是3D 打印技术的一个局限，因为传统的3D 打印的分辨率根据打印材料的不同只能分辨十几微米到毫米的范围。在3种方法中，直写成型法能提高三维打印的分辨率，在保证结构稳定的前提下能够分辨100nm左右的尺寸，其是通过螺旋挤出的方式将墨水按照预设模型轮廓逐层填充，最终得到具有特定形状的三维材料。Sasso等[52]使用直写成型法写入，然后在薄层上沉积金颗粒，成功制造了3D 微电极。Cao 等[53]等使用3D 打印技术制作了独立的可植入电极，直接在10～25μm 的细金属线上创造了所需的结构并成功在大鼠脑部进行了多巴胺检测。直写成型法虽然原材料可选范围广且成本低，制备效率高以及产品的形状可控性好，但是具有对墨水的流变性能要求苛刻以及需要后续热处理等问题。熔融沉积成型法是将热塑材料加热至黏流状态，然后将其按照预设模型路径铺展，同时通过加热喷头对打印材料施加压应力辅助成型，最终制得具有三维结构的打印产品[54]。Kalinke 等[55]通过3D 打印技术制备了聚乳酸石墨烯电极（PLA-G），并在不同的溶液下对修饰电极进行激活处理，得到了不同表面结构形貌的修饰电极。实验表明，在氢氧化钠溶液下激活处理，能够暴露石墨烯纳米带结构，导致表面积、缺陷、电子转移速率和边缘部位数量极大增加。熔融沉积成型法具有工艺简单、无需后处理工艺以及可打印的形状可控性好等优点，但是打印材料选择范围相对有限[56]。

3.2.3 化学气相沉积

化学气相沉积法（CVD）是利用气态物质在一固体表面上进行化学反应，生成固态沉淀物的过程。化学气相沉积法制成的沉积膜附着力强、厚度均匀、质量好。Wang 等[57]采用化学气相沉积技术成功制造了末端开放的碳纳米管阵列。这种垂直排列的碳纳米管可以将电子从纳米管的顶部开口端转移到底部开口端，并通过Nafion 层直接转移到GCE。这种三维结构避免了无数管间接触引入的额外电阻，同时扩大了吸附表面积，提高了电极的灵敏度。对于石墨烯的制造，随着工业生产的不断改进，下一步将向着沉积温度更低、有害生成物更少、规模更大的方向发展。郇亚欢[58]采用化学气相沉积在多孔金基底上制备了TaS2纳米阵列，这种独特的垂直结构使电极表面暴露出丰富的边缘活性位点，相比于二维TaS2纳米片具有更好的电催化活性。

3.2.4 模板合成

模板合成通常用于制造多孔结构。用作模板的材料丰富，包括硅、氧化硅、聚合物和金属有机框架等。其优点是能将沉积在电极表面的修饰材料碳化形成多孔材料时去除且能调控生成的孔径大小。Hwang 等[59]以ZBD 金属有机框架（MOFs）为模板，通过不同溶剂控制其结构并热解碳化成不同结构的纳米多孔碳，结果表明，具有四方板状的多孔纳米碳具有更优异的电化学性能。Gai 等[60]报道了使用氮掺杂多孔碳纳米多面体（N-PCNP）修饰的电极用以检测AA、DA 和UA。该修饰电极由于窄的孔径分布、高表面积和氮掺杂而显示出更好的峰分离。刘羽等[23]利用碳酸钙晶须为模板，将GO 薄膜覆盖在模板表面，在高温下热解碳酸钙形成了中空多孔的碳电极材料。该材料具有优异的电容量，且独特的中空多孔结构有利于电极的活化，提高了与反应物的反应活性。Xue 等[61]以泡沫镍为模板分别制得了掺N、B以及双掺杂的三维石墨烯泡沫，结果显示，双掺杂的三维石墨烯电极表现出最佳的电催化活性和循环稳定性。其原因在于B和N原子与相邻C原子间的电荷转移效应有助于氧化还原反应的活性位点，同时B、N原子间的反应可降低产物的带隙能，从而进一步促进双掺杂三维石墨烯的氧化还原反应并且显著提高电活性表面积，三维石墨烯的多孔网络结构有助于促进物质扩散，减小传质阻力并且提供独特的电荷快速转移通道。

3.2.5 水热法

水热法是常用的纳米金属合成方法，其制得的晶体具有晶粒发育完整、粒度小、分布均匀等优点。黄剑峰等[62]利用微波水热合成了具有三维形貌的纳米ZnO并探究了其微结构的生长机理。研究发现，ZnO三维形貌的产生是由于小的颗粒以定向黏附过程生长而成，邻近的颗粒通过一个共同的晶向的“共享”和这些颗粒在一个平坦界面的“停靠”来自组装。张伟[63]利用水热法制得MnO2纳米棒后，将聚苯胺原位聚合在纳米棒表面，经煅烧后形成了三维多孔网络状结构，纳米棒被碳层均匀包覆的同时还被多孔网络包裹，这样的结构具有优异的电化学性能。表4为3D表面结构电极不同制造方法。

表4 3D表面结构电极不同制造方法

4 3D 纳米材料修饰电极检测多巴胺的机理

在裸电极表面，由于吸附表面有限，多巴胺往往以扩散的形式迁移到电极表面发生氧化还原反应。而修饰材料上往往含有各类官能团，能够吸引多巴胺加快扩散速率，利用导电催化的材料也能加快多巴胺被电极氧化还原成多巴醌的速率，甚至进一步引起化学重排生成亮多巴铬，继而再氧化还原生成多巴铬，在这一过程中发生了电子转移-化学反应-电子转移。3D电极结构能使分析物在电化学检测时将分析物限制在材料中。当表面结构尺寸和扩散层的大小相同时，传质仅限于少量溶液，即材料表面薄层。表面结构的曲折度增加了扩散路径，电活性物质之间的相互作用降低了扩散速率。使用快速扫描循环伏安法，由于薄层效应，粗糙的电极表面可显著提高时间分辨率。

5 结语

通过对不同电极修饰材料以及其构成的三维形貌对检测多巴胺性能的比较分析可知，三维形貌对多巴胺在电极表面的吸附检测机制和性能具有重大影响。虽然纳米材料的应用与制备构造电极方面已取得了重大进展，但仍需在以下几个方面进行更加深入的研究。

5.1 合理设计修饰电极结构

目前，针对多巴胺电化学检测已经发展出了许多修饰材料，如导电聚合物及其相关改性，在增大电极电导率的同时能够提升与检测物质和电极的结合能力，解决自身加工及相容性问题；有机化合物等因含有某些特定基团或结构，能促进多巴胺的吸附及氧化还原。电极性能的提升可以通过电化学原理以及表面结构来解释。目前也有文献指出可通过改变界面势垒来调控电极性能[64]，对这一机制需要更多的研究与探索。然而，应注意的是，在各种修饰材料的选择过程中，构建三维表面结构是发展的主要趋势，三维形貌往往具有更大的吸附面积和吸附位点，其独特的空间结构有利于电子、检测物质快速传递。同时应着重研究多巴胺吸附过程中可能出现的“薄膜效应”以及吸附状态等。该效应在一定程度上能提高响应灵敏度，但超过一定限度会减缓响应时间。在构建三维表面时，需注意构建三维表面增大表面积的目的在于增加活性位点，一味增加表面积而使活性位点被覆盖反而不利于提高电极性能。在不增加表面积的情况下，考虑增加电极表面活性位点也是电极发展的方向。

随着纳米技术的发展，除了构建三维表面电极用于体外检测神经递质多巴胺，还可以直接设计制造微米或纳米尺寸的微电极直接进行体内检测。利用微电极形状和表面产生的薄膜效应比单单增大电极表面积或吸附位点更具有优势。

5.2 增强修饰电极对多巴胺的检测能力

在干扰物检测的同时，除了考虑尿酸（UA）和抗坏血酸（AA）的干扰外，还应考虑血清素的干扰。相比于前者，后者与DA 一样带有正电荷，因而更需要进一步增强修饰电极的选择性。利用软件模拟可以直观反应出修饰材料上的DA分子吸附过程，然而密度泛函理论对于DA在修饰材料表面的吸附研究仍然较少，需要后续研究者进一步补充说明。在修饰材料的选择及制备过程中，应从廉价、绿色合成等方向进行探索，这有利于绿色发展及电极的实际生产应用。