基于ZIF-8、还原氧化石墨烯（rGO）和Nafion的复合材料作为多巴胺电氧化反应的电极修饰剂

《Microchemical Journal》：Composite material based on ZIF-8, reduced graphene oxide, and Nafion as electrode modifier for dopamine electrooxidation

本研究通过将ZIF-8、还原石墨烯氧化物（rGO）和Nafion结合制备了一种新型玻璃碳电极（ZIF-8-rGO-Nafion/GCE），用于高效、灵敏的多巴胺检测。通过XRD、TGA、FTIR和SEM表征证实了材料的结构和形貌。电化学测试表明，该电极在pH 7.1时表现出最佳的检测性能，线性范围0.5-1.4 μM，检测限0.051 μM，且具有高稳定性和重复性。标准加入法验证了电极在真实样品中的可靠性。

　　这项研究探讨了通过一种新型复合材料——由ZIF-8、还原氧化石墨烯（rGO）和Nafion组成的修饰电极，在电化学传感中的应用。这种修饰电极被用于检测多巴胺（DA），这是一种在哺乳动物中枢神经系统（CNS）中起关键作用的神经递质，同时也对肾脏和心血管系统的功能至关重要。由于DA在生物系统中的浓度通常较低，且其异常水平或完全耗尽可能与神经疾病（如帕金森病）相关，因此开发一种具有高灵敏度和选择性的DA检测方法具有重要的临床意义。

为了实现这一目标，研究人员合成了一种ZIF-8材料，并通过多种分析手段对其结构和性能进行了表征。这些手段包括X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和拉曼光谱，以及氮气吸附/脱附等温线和扫描电子显微镜（SEM）。结果表明，ZIF-8具有良好的热稳定性（可高达350°C）和可调节的孔隙结构，其比表面积和孔体积相较于传统沸石材料更高，且呈现典型的菱形十二面体形态和 sodalite（sod）拓扑结构。

随后，研究人员采用滴铸法将ZIF-8、rGO和Nafion的混合溶液滴在玻璃碳电极（GCE）表面，制备出ZIF-8–rGO–Nafion/GCE修饰电极。通过循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和方波伏安法（SWV）对修饰电极的电化学行为进行了研究，重点分析了其在DA检测中的性能。研究发现，该修饰电极表现出优异的灵敏度、选择性和稳定性。在单独检测DA时，其检测限为0.051 μM；而在同时检测DA、对乙酰氨基酚（PA）和柠檬酸（CA）时，检测限为0.069 μM。电极的重现性（RSD 1.72%）和稳定性（RSD 7.43%）也得到了良好表现。

为了评估修饰电极的电化学性能，研究者还分析了不同扫描速率和pH值对DA氧化过程的影响。通过CV和EIS数据的结合，研究人员估算出不同电化学参数。结果显示，当扫描速率增加时，DA氧化峰电流也随之增加，这表明电极的响应速度和灵敏度得到了提升。同时，pH值的变化对DA的氧化和还原过程有不同的影响，其中氧化过程受pH值的影响更大。在pH 7.1时，DA的氧化峰电流达到最大值，这表明该pH值是检测DA的最佳条件。

此外，研究人员还利用SWV对修饰电极的分析性能进行了深入研究。结果显示，该电极在DA检测中具有良好的线性范围（0.5–1.4 μM）和高灵敏度。同时，该电极在同时检测DA、PA和CA时也表现出良好的选择性，这主要归因于ZIF-8的高比表面积和rGO的高导电性，两者共同作用促进了DA的吸附和电子转移过程，从而提高了检测效率。电极的重复性和稳定性也得到了验证，多次测量和不同电极之间的测试结果均显示出较低的相对标准偏差（RSD），证明了该电极的可靠性和可重复性。

在实际样品分析方面，研究人员通过标准加入法测试了该电极在注射器样品中的检测能力。结果表明，DA的回收率在110.8%至112.6%之间，这表明该电极在实际应用中具有较高的准确性和实用性。同时，研究还指出，由于实际样品中可能存在多种干扰物质，因此电极的选择性尤为重要。在测试中，即使存在100倍于DA浓度的干扰物质，如柠檬酸、对乙酰氨基酚、葡萄糖、KCl和NaCl，DA的峰电流强度仍然保持在较高水平，这表明该电极具有良好的抗干扰能力。

总的来说，这项研究通过构建一种新型的复合修饰电极，成功提升了DA检测的灵敏度和选择性。ZIF-8的高比表面积和rGO的高导电性相结合，使得电极在检测过程中表现出优异的性能。Nafion作为粘附剂，不仅提高了修饰电极的机械强度，还通过其负电荷基团促进了DA的吸附和电子转移过程。此外，该研究采用了一种相对简便的合成方法，避免了复杂的化学修饰步骤，为未来的电化学传感器开发提供了新的思路和方向。

该研究还强调了电化学技术在DA检测中的优势，如快速响应、低检测成本、高灵敏度和简单操作。相比传统的液相色谱、毛细管电泳、化学发光和比色法等检测方法，电化学方法更适合在复杂生物样品中实现实时、原位检测。同时，研究中提到的ZIF-8与rGO的协同效应，以及电极材料的结构优化，都为提升检测性能提供了理论依据和实验支持。

综上所述，这项研究不仅为DA的电化学检测提供了一种高效、可靠的方法，还展示了ZIF-8、rGO和Nafion在构建高性能电化学传感器中的潜力。未来，该研究结果可以为其他生物分子的检测提供参考，尤其是在需要高灵敏度和选择性的领域，如生物医学分析、药物分析和环境监测等。