一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法及其应用

1.本发明涉及修饰电极制备以及药物分析领域，提供了一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法及其应用。


背景技术：

2.中草药在中国已有数千年的临床实践，其疗效得到了历史的验证，是中国传统文化传承中的瑰宝。然而，中草药中有效成分众多且复杂，目前已从中草药中分离提纯出黄酮、生物碱、萜烯和多糖等600多种化合物。理清中草药复杂的药物成分与独特的药理作用之间的关系，对中草药的合理和安全使用，以及进一步发展至关重要。因此，准确检测中草药中各成分含量成为药物分析领域的一个重要课题。黄芩素和木犀草素是两种重要的黄酮类化合物，是黄芩、苦参、银杏叶等中草药的主要成分，这些中草药通常具有抗炎、抑菌、抗肿瘤和调节更年期症状等作用。目前多采用的测定方法有高效液相色谱法（hplc）、紫外分光光度法（uv）、流动注射化学发光法（ficl）以及高效毛细管电泳法（hpce）等。与这些方法比较电化学分析法（ec）具有快速、精准、仪器简单且可实现连续分析检测的优点。然而，由于黄芩素和木犀草素两种黄酮类化合物的结构类似，二种物质在传统电极上的氧化峰会重叠从而使得它们同时测定难度增加，目前检测黄芩素和木犀草素的电化学方法大部分以检测单 一目标物的研究为主，同时检测黄芩素和木犀草素含量的研究工作较少。
3.p型半导体zno成本低、无毒且资源丰富；n型半导体cuo具有优异的电催化性能。将zno和cuo复合，通过构建p-n异质结构可以为电化学反应提供更多的催化活性位点，激发不同金属氧化物间的协同作用，将其作为电极修饰剂制备电化学传感器可提高传感器检测灵敏度和选择性，为同时检测黄芩素和木犀草素提供可能。sahar daemi等人通过静电纺丝法制备了zno-cuo复合纳米纤维，作为电极修饰剂制成高灵敏度的电化学传感器用于检测双氧水（sahar daemi, shahram ghasemi, ali akbar ashkarran. journal of colloid and interface science, 2019, 550: 180-189）。但这种方法在静电纺丝过程中需要加入聚乙烯高分子凝胶作为粘合剂，粘合剂的加入减弱了zno-cuo复合材料的电催化活性。kajal jindal等通过脉冲激光沉积技术在zno薄膜上沉积cuo微晶簇构建了zno-cuo的p-n异质结构，再加载尿酸酶后制成检测尿酸的电化学传感器（kajal jindal, monika tomar, vinay gupta. sensors and actuators b: chemical, 2017, 253: 566-575）。这种方法不仅需要脉冲激光大型设备，而且还需要加载尿酸酶，限制了该材料作为电化学传感器的实际应用价值。
4.另外，金属氧化物较差的导电性，限制了其作为电极修饰材料的实际应用。而碳纳米管（cnt）具有高导电性、高稳定性且生物兼容性好的优点。因此将cnt与金属氧化物复合，可在复合材料中搭建高效的电子传递通道，从而实现检测物在电极/电解质界面上更快的电子转移，有利于提高其作为电化学传感器的检测灵敏度。
5.随着纳米材料和纳米技术的发展，将不同形貌、不同尺寸、不同理化性质的纳米材
料修饰于电极表面，可以实现超灵敏和高选择性的电化学传感器的开发。然而，纳米材料在电极表面的固定往往需要添加粘合剂，粘合剂的包裹和稀释作用会降低纳米材料的催化活性，且粘合剂在电解液中长时间浸泡会失效，引起修饰剂从电极上脱落。因此，纳米材料在电极表面的固定是一个具有挑战性的任务。
6.因此，发明一种简单有效、不添加任何粘合剂的方法将纳米zno、纳米cuo以及cnt有效结合，制备高灵敏度、选择性良好的可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑柔性电极，对中草药中有效药物成分的鉴定、含量检测、药物安全等领域具有重要的研究和应用意义。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种不需要添加粘合剂、可弯曲且简单有效的可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法及其应用。
8.本发明技术方案是：一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法及其应用，具体过程如下：（1）将碳纤维纸(cfp)浸泡在20 ml含有锌盐和六亚甲基四胺的水溶液中20秒，取出后直接放入烘箱中，控温50 ℃～100 ℃，热解反应5～10分钟；重复该过程3次，制得氧化锌晶种修饰的碳纤维纸。
9.（2）将3 ml 5 mol/l的氨水缓慢滴加到25 ml锌盐水溶液中，搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，将上述氧化锌晶种修饰的碳纤维纸也放入釜中，控温50 ℃~100℃，水热反应5~10小时后冷却至室温，取出碳纤维纸后用去离子水淋洗，干燥，制得氧化锌纳米棒阵列修饰的碳纤维纸，记为zno@cfp。
10.（3）将上述氧化锌纳米棒阵列修饰的碳纤维纸依次浸泡在10 ml醋酸铜水溶液和10 ml氢氧化钾水溶液中各20秒，取出后室温晾干，重复该过程3次后，将其放在加热板上，控温50 ℃～100 ℃，进行化学沉积反应5～10小时，取下碳纤维纸冷却至室温，用去离子水淋洗后，干燥，制得氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列复合材料修饰的碳纤维纸，记为cuo-zno@cfp。
11.（4）将上述氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列复合材料修饰的碳纤维纸置于加热板上，控温50 ℃～100 ℃，将碳纳米管（cnt）水溶液喷涂至cuo-zno@cfp上，控制喷涂气流流速90～150 ml/h，喷涂时间10～30秒，通过热喷涂法制得碳纳米管-氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列三元复合材料修饰的碳纤维纸，将其剪裁成1厘米
´
2厘米的长方形，制得自支撑式柔性电极，记为cnt-cuo-zno @cfp电极。
12.进一步的，所述过程（1）中的锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种。
13.进一步的，所述过程（1）中的锌盐水溶液的摩尔浓度为0.05～0.2 mol/l，锌盐和六亚甲基四胺摩尔比为1:1。
14.进一步的，所述过程（2）中的锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种。
15.进一步的，所述过程（2）中的锌盐与氨水的摩尔比为0.1～0.5:1。
16.进一步的，所述过程（3）中的醋酸铜水溶液摩尔浓度为0.05 mol/l～2 mol/l，且醋酸铜与氢氧化钾摩尔比为1:2。
17.进一步的，所述过程（4）中的碳纳米管水溶液浓度为1～3 mg/ml。
18.进一步的，所述方法制备所得的自支撑式柔性电极用于同时检测中药中黄芩素和
木犀草素含量，当木犀草素浓度固定在10 mm时，该自支撑式柔性电极对检测黄芩素的线性方程为：i
pba
(ma) =11.92c
ba
+49.93（c
ba
在为黄芩素浓度，i
pba
为黄芩素峰电流）；线性范围为：0.03 μm～14 μm；灵敏度为11.92 μa/μm
·
cm2；检出限为1.7 nm。当黄芩素浓度固定在10 mm时，该自支撑式柔性电极对检测木犀草素的线性方程为：i
plu
= 21.85c
lu
+28.45 （c
lu
在为木犀草素浓度，i
plu
为木犀草素峰电流）；线性范围为：0.03 μm～6 μm；灵敏度为21.85 μa/μm
·
cm2；检出限为0.5 nm。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：（1）本发明利用简单的浸泡热解、水热反应、化学沉积以及热喷涂法将纳米zno、纳米cuo以及cnt直接修饰于碳纤维纸上，制得无需添加粘合剂的自支撑式柔性电极；（2）本发明通过cnt-cuo-zno三组分间的协同作用形成了有效的界面连接，为检测物的电化学反应提供了更多的催化活性位点及电子传递通道，实现了对黄芩素和木犀草素进行同时检测；（3）本发明所获得的自支撑式柔性电极，当木犀草素浓度固定在10 mm时，该自支撑式柔性电极检测黄芩素的线性范围为：0.03 μm～14 μm；灵敏度为11.92 μa/μm
·
cm2；检出限达到1.7 nm。当黄芩素浓度固定在10 mm时，该自支撑式柔性电极检测木犀草素的线性范围为：0.03 μm～6 μm；灵敏度达到21.85 μa/μm
·
cm2；检出限为0.5 nm。此外，本发明所获得的自支撑式柔性电极可用于实际中药样品中黄芩素和木犀草素检测，应用前景广阔。
附图说明
20.图1是自支撑式柔性电极弯曲图。
21.图2是扫描电镜图。
22.图3是xrd图谱图。
23.图4是峰电流-浓度线性关系曲线图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明做进一步的说明：实施案例1 一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将碳纤维纸裁剪成 3 cm
×
3 cm大小，浸泡在20 ml含有0.05 mol/l醋酸锌和0.05 mol/l六亚甲基四胺的混合水溶液中20秒，取出后直接放入烘箱中，控温100 ℃，热解反应5分钟；重复该过程3次，制得氧化锌晶种修饰的碳纤维纸。
25.（2）将3 ml 5 mol/l的氨水缓慢滴加到25 ml 0.2 mol/l醋酸锌水溶液中，搅拌混合均匀后倒入聚四氟乙烯内衬的高压釜中；将上述氧化锌晶种修饰的碳纤维纸也放入釜中，控温90℃，水热反应6小时后冷却至室温，取出碳纤维纸后用去离子水淋洗，干燥，制得氧化锌纳米棒阵列修饰的碳纤维纸，记为zno@cfp-1。
26.（3）将上述氧化锌纳米棒阵列修饰的碳纤维纸依次浸泡在10 ml 0.05 mol/l醋酸铜水溶液和10 ml 0.1 mol/l氢氧化钾水溶液中各20秒；取出后室温晾干，重复该过程3次，置于加热板上，控温90 ℃，进行化学沉积反应5小时，取下碳纤维纸冷却至室温，用去离子水淋洗后，干燥，制得氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列复合材料修饰的碳纤维纸，记为
cuo-zno@cfp-1。
27.（4）将上述cuo-zno@cfp-1置于加热板上，控温90 ℃，将1mg/ml 的cnt水溶液喷涂至cuo-zno@cfp-1上，控制喷涂气流流速120 ml/h，喷涂时间30秒，通过热喷涂法制得碳纳米管-氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列三元复合材料修饰的碳纤维纸，将其剪裁成1厘米
´
2厘米的长方形，制得自支撑式柔性电极，记为cnt-cuo-zno@cfp-1电极。
28.由图1可以看到所述可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极可以弯曲，说明其具有柔性的特点。
29.发明人对上述过程中获得的zno@cfp-1，cuo-zno@cfp-1和cnt-cuo-zno@cfp-1样品进行了扫描电镜检测，其结果如图2所示。图2a描绘了zno@cfp-1的形貌，碳纤维表面覆盖着一层密集的垂直排列的zno纳米棒阵列。由放大的扫描电镜图2b可见zno纳米棒长度约为2-3 mm。cuo-zno@cfp-1的扫描电镜如图2c所示，cuo纳米片均匀覆盖在zno纳米棒上，形成类似海参状cuo-zno纳米棒阵列。由放大的扫描电镜图2d可见cuo纳米片尺寸均匀，长约150 nm，宽约50 nm。如图2e和2f为cnt-cuo-zno@cfp-1样品扫描电镜图，如图所示cnt均匀覆盖在cuo-zno纳米棒上，形成了三组分结构及界面有效连接的复合电极。
30.由图3的xrd图谱可以看到所制备的cnt-cuo-zno@cfp-1自支撑式柔性电极给出标准的zno、cuo和cnt特征衍射峰。
31.实施案例2发明人针对实施案例1制得自支撑式柔性电极cnt-cuo-zno@cfp-1用微分脉冲伏安法对黄芩素和木犀草素含量进行同时检测，评估cnt-cuo-zno@cfp-1电极的电化学响应能力：将制备好的cnt-cuo-zno@cfp-1自支撑式柔性电极做为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，在ph 6.86的b-r缓冲水溶液中进行微分脉冲伏安测试，通过改变加入的黄芩素或木犀草素浓度分别获得二者在dpv技术下的电流响应值，结果如下：在-0.2 v～0.5 v电位范围内，将黄芩素和木犀草素的浓度分别固定在10 mm，而变化另一个被测物浓度，发现随着被测物浓度的增大，其对应的氧化峰电流对应增大（图4a，c）。微分脉冲伏安法测得黄芩素和木犀草素浓度在一定范围内与峰电流呈良好的线性关系，得到黄芩素或木犀草素的峰电流-浓度线性关系曲线（图4b，d）。优化黄芩素和木犀草素的最佳测定条件为：支持电解液为b-r缓冲液，缓冲液最佳ph为6.86。
32.当木犀草素浓度固定在10 mm时，检测黄芩素的线性范围为：0.03 μm-14 μm；线性方程为：i
pba
(ma) =11.92c
ba
+49.93（c
ba
为黄芩素浓度，i
pba
为黄芩素峰电流）；灵敏度为11.92 μa/μm
·
cm2；检出限为1.7 nm；当黄芩素浓度固定在10 mm时，检测木犀草素的线性范围为：0.03 μm-6 μm；线性方程为：i
plu
= 21.85c
lu
+28.45（c
lu
为木犀草素浓度，i
plu
为木犀草素峰电流）；灵敏度为21.85 μa/μm
·
cm2；检出限为0.5 nm。
33.实施案例3 双黄连口服液中黄芩素和木犀草素同时测定取双黄连口服液（哈药集团三精制药有限公司，生产批次2022022211）45 ul加入到10 ml 0.1 mol/l b-r缓冲溶液，超声30分钟后，12000 转/分钟离心10分钟。取上清液加入b-r缓冲溶液稀释至检测浓度。用实施案例1制得自支撑式柔性电极cnt-cuo-zno@cfp-1作为工作电极，用加标回收法检测实际双黄连口服液样品中黄芩素和木犀草素含量，发现该电极具有良好回收率，回收率达到97.0%～104.0%。
34.表1 加样回收法同时检测双黄连口服液样品中黄芩素及木犀草素含量
35.a采用五次平行测量实施案例4 独一味中药中黄芩素和木犀草素同时测定取10粒独一味中药胶囊（康县独一味生物制药有限公司，生产批次z10910017），将药物粉末研细后准确称取3.0克，加入20 ml乙醇，先超声30分钟再回流120分钟，冷却后12000 转/分钟离心10分钟。取上清液加入b-r缓冲溶液稀释至检测浓度。用实施案例1制得自支撑式柔性电极cnt-cuo-zno@cfp-1作为工作电极，用加标回收法检测实际独一味胶囊样品中黄芩素和木犀草素含量，发现该电极具有良好回收率，回收率达到96.0%～104.0%，说明本发明具有良好的实际应用前景。
36.表2加样回收法同时检测独一味胶囊样品中黄芩素及木犀草素含量
37.a采用五次平行测量本发明仅以较佳实施例揭露如上，但并非是对本发明做其它形式的限制。但凡未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换和改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。因此，本发明的保护范围视权利要求书所界定者为准。

技术特征：
1.一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于其制备方法包括如下过程：步骤（1）将碳纤维纸(cfp)浸泡在20 ml含有锌盐和六亚甲基四胺的水溶液中20秒，取出后直接放入烘箱中，控温50 ℃～100 ℃，热解反应5～10分钟；重复该过程3次，制得氧化锌晶种修饰的碳纤维纸；步骤（2）将3 ml 5 mol/l的氨水缓慢滴加到25 ml锌盐水溶液中，搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，将上述氧化锌晶种修饰的碳纤维纸也放入釜中，控温50 ℃~100 ℃，水热反应5~10小时后冷却至室温，取出碳纤维纸后用去离子水淋洗，干燥，制得氧化锌纳米棒阵列修饰的碳纤维纸，记为zno@cfp；步骤（3）将上述氧化锌纳米棒阵列修饰的碳纤维纸依次浸泡在10 ml醋酸铜水溶液和10 ml氢氧化钾水溶液中各20秒，取出后室温晾干，重复该过程3次后，将其放在加热板上，控温50 ℃～100 ℃，进行化学沉积反应5～10小时，取下碳纤维纸冷却至室温，用去离子水淋洗后，干燥，制得氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列复合材料修饰的碳纤维纸，记为cuo-zno@cfp；步骤（4）将上述氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列复合材料修饰的碳纤维纸置于加热板上，控温50 ℃～100 ℃，将碳纳米管（cnt）水溶液喷涂至cuo-zno@cfp上，控制喷涂气流流速90～150 ml/h，喷涂时间10～30秒，通过热喷涂法制得碳纳米管-氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列三元复合材料修饰的碳纤维纸，将其剪裁成1厘米
´
2厘米的长方形，制成自支撑式柔性电极，记为cnt-cuo-zno@cfp电极。2.根据权利要求1所述的一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中的锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种。3.根据权利要求1所述的一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中的锌盐水溶液的摩尔浓度为0.05～0.2 mol/l，锌盐和六亚甲基四胺摩尔比为1:1。4.根据权利要求1所述的一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于所述步骤（2）中的锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种。5.根据权利要求1所述的一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于所述步骤（2）中的锌盐与氨水的摩尔比为0.1～0.5:1。6.根据权利要求1所述的一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于所述步骤（3）中的醋酸铜水溶液摩尔浓度为0.05 mol/l～2 mol/l，醋酸铜与氢氧化钾的摩尔比为1:2。7.根据权利要求1所述的一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于所述步骤（4）中的碳纳米管水溶液浓度为1～3 mg/ml。8.根据权利要求1-7所述任意一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法，其特征在于，所述方法制备所得的自支撑式柔性电极用于同时检测中药中黄芩素和木犀草素含量；当木犀草素浓度固定在10 mm时，该自支撑式柔性电极检测黄芩素的线性方程为：i
pba (ma) =11.92c
ba
+49.93（c
ba
为黄芩素浓度，i
pba
为黄芩素峰电流）；线性范围为：0.03 μm～14 μm；灵敏度为11.92 μa/μm
·
cm2；检出限为1.7 nm；
当黄芩素浓度固定在10 mm时，该自支撑式柔性电极检测木犀草素的线性方程为：i
plu
= 21.85c
lu
+28.45（c
lu
为木犀草素浓度，i
plu
为木犀草素峰电流）；线性范围为：0.03 μm～6 μm；灵敏度为21.85 μa/μm
·
cm2；检出限为0.5 nm。

技术总结
本发明涉及修饰电极制备以及药物分析领域，具体公开了一种可同时检测黄芩素和木犀草素的自支撑式柔性电极的制备方法及其应用。所述的自支撑式柔性电极通过如下方法制得：首先将碳纤维纸浸泡在含有锌盐的水溶液中，然后通过热解反应制得氧化锌晶种修饰的碳纤维纸；再将所述氧化锌晶种修饰的碳纤维纸通过水热反应制得氧化锌纳米棒阵列修饰的碳纤维纸（ZnO@CFP）；再通过化学沉积法将氧化铜纳米片沉积在ZnO@CFP上，制得氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列复合材料修饰的碳纤维纸（CuO-ZnO@CFP）；将碳纳米管水溶液喷涂在CuO-ZnO@CFP上，制得碳纳米管-氧化铜纳米片-氧化锌纳米棒阵列三元复合材料修饰的碳纤维纸（CNT-CuO-ZnO @CFP）；将所述的CuO-ZnO-CNT@CFP剪裁后作为自支撑式柔性工作电极，构建电化学传感器，能够同时检测中药样品中黄芩素和木犀草素的含量；且检测范围宽、灵敏度高和检测限低，具有很大的实际应用潜力。应用潜力。应用潜力。


技术研发人员：王明艳 樊莹 张志恒 王晓莹 涂昊宇 李琪 徐圣 张治瑞 许瑞波
受保护的技术使用者：江苏海洋大学
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/13