Ultra-Sensitive Detection of DA by Photoelectrochemical Sensor Based on SiO 2@BiOBr/rGO
This study aimed to prepare SiO 2@BiOBr/rGO composite materials by combining SiO 2suspension, reduced graphene oxide (rGO), and bismuth oxybromide (BiOBr) for the construction of relevant photoelectrochemical sensors to detect dopamine (DA). Under visible light irradiation, SiO 2@BiOBr/ rGO exhibited a significant photocurrent response during dopamine detection. Graphene has excellent electrical conductivity and remarkable mechanical strength. SiO 2has low production cost, high biocompatibility, thermal stability, good transparency, and a narrow-forbidden bandgap. As a typical semiconductor photoelectric material, BiOBr has a unique layered tetragonal structure. Flower-like BiOBr is composed of layered structures, which is conducive to further suppressing hole-charge recombination and improving its photoelectric performance. The concentration range of dopamine detected by this photoelectric sensor was 2~300 μmol/L, with a detection limit of 0.67 μmol/L, indicating that the sensor had a good detection effect on dopamine. This SiO 2@BiOBr/rGO photoelectrochemical sensor has the advantages of good stability, high sensitivity and so on, and is of great significance for the detection of dopamine. It is expected to have broad application prospects in monitoring intracellular dopamine concentration levels.
SiO 2
氧化石墨烯(GO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、氢氧化钾(KOH)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3∙5H2O)、磷酸二氢钠二水合物(NaH2PO4∙2H2O)、铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])、氯化钾(KCl)、氨水(NH4OH)、硅酸四乙酯(C8H20O4Si)购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;十二水合磷酸氢二钠(Na2HPO4∙12H2O)、尿酸(C5H4N4O3)、抗坏血酸(C6H8O6)、氯化钠(NaCl)、无水葡萄糖(C6H12O6)、亚铁氰化钾三水合物(K4[Fe(CN)6]∙3H2O)购买自上海麦克林生化科技有限公司。
SEM-300型扫描电子显微镜(德国CARL ZEISS卡尔蔡司公司);D8 Advance型X射线衍射仪(德国布鲁克AXS有限公司);UV-3600型紫外分光光度计(日本日立有限公司);GY-10型氙灯(天津拓普仪器有限公司);CHI660E电化学工作站(上海晨华仪器公司);3 mm型玻碳电极(GCE),10 mm铂网电极(天津艾达科技有限公司);RO232饱和甘汞电极(SCE) (上海Ruosull公司)。所有实验均采用传统的三电极系统进行。
将14 mg氧化石墨烯(GO)和10 mL超纯水加入到烧瓶中并超声两小时。再将制备好的分散液和46 mL乙醇加入反应釜中,用1 M KOH溶液调节pH至9,然后把反应釜放置于80℃下反应两小时,最后将黑色悬浮物用大量超纯水离心漂洗后均匀分散在23 mL超纯水中,制备0.6 mg/mL rGO。
将0.8 mL氨水和2 mL硅酸四乙酯滴加到混合溶液中(5 mL去离子水和25 mL乙醇),25℃下搅拌16 h,得到SiO2悬浮液。
在二氧化硅悬浮液中加入0.485 g Bi(NO3)3∙5H2O,超声分散,加入0.4 g PVP搅拌30 min,随后,称取0.119 g KBr加到混合溶液中搅拌30 min,高压釜160℃加热3 h,水和乙醇离心沉淀物三次,冻干后得到SiO2@BiOBr粉末。
对样品的形貌采用扫描电子显微镜(SEM)进行表征。
如
不同材料修饰的电极通过循环伏安法测试它们在电化学反应中的电荷转移能力,在5 mmol/L铁氰化钾溶液、亚铁氰化钾溶液和0.1 mol/L氯化钾混合溶液中,相比于其他材料,如
这一现象还可从恒压下测得的i-t曲线清晰地看出,
实验结果表明,溶液的酸碱度、工作电极的扫描速度等都会对电化学反应产生影响。在实验中考察了在可见光照条件下,扫描速度、pH对DA的检测效果。
在本研究中,我们采用了一种高灵敏度和高效的差分脉冲伏安法(DPV)来检测多巴胺(DA)的浓度。这种方法适用于生物样本中微量多巴胺的测定,其结果如
抗干扰性是进行电化学分析的一个十分重要的标准,如
在加入不同抗干扰物质后可以发现,SiO2@BiOBr/rGO/GCE的光电流密度几乎没有改变,表明添加的其他物质对多巴胺的检测几乎没有任何影响,证明了SiO2@BiOBr/rGO/GCE具有十分优异的抗干扰性。
稳定性在电化学分析测试中也是非常重要的因素之一,如
本研究成功构建了一种基于SiO2@BiOBr/rGO复合材料的光电化学传感器,并对该传感器的性能进行了系统评估。实验结果表明,这种传感器在检测多巴胺时展现出高灵敏度、良好的稳定性,显示出其在环境监测、生物检测和食品安全等领域的巨大应用潜力。在传感器的构建过程中,SiO2纳米粒子不仅提供了大的比表面积,增强了光的散射和吸收,而且提高了材料的整体稳定性。BiOBr作为可见光响应的光催化材料,扩展了光谱应用范围,提高了光电转换效率。rGO的引入则有效加速了光生电子–空穴对的分离,并且增加了电荷迁移率,从而进一步提升了传感器的光电化学性能。在光电化学性能测试中,SiO2@BiOBr/rGO传感器在检测多巴胺时展示出明显的光电流响应,这归功于三种材料共同作用于待测物质。与单一组分相比,该复合材料修饰的传感器在检测多巴胺时,具有明显的光电流响应和较低的检测限。除此之外,该传感器还具有优秀的特异性以及抗干扰能力,在多种物质中能够稳定且高效地检测多巴胺。总的来说,SiO2@BiOBr/rGO复合材料对多巴胺有着明显的光电流响应,可检测的范围为2~300 μmol/L,检出限为0.67 μmol/L。本研究不仅为多巴胺的快速、灵敏检测提供了一个新平台,还有望在生物医学分析和临床诊断领域发挥重要作用。
本项目由国家自然科学基金(批准号:32101215)和南通大学大型仪器开放基金(项目号:KFJN2427)资助。
*通讯作者。