陳琪雯 魏邦國 陳剛

（復旦大學藥學院 上海 201203）

由于國際社會對中藥接受程度不斷提高，中藥已成為世界醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向之一。由于化學成分復雜，有些化學成分含量低，中藥的質(zhì)量檢測與分析一直是藥物分析界的難題[1]。中藥材的成分受產(chǎn)地、品種、栽培、采集時間、炮制等因素影響，造成中藥材的質(zhì)量不穩(wěn)定。于是，建立中藥有效成分的快速靈敏的檢測方法具有重要意義。

碳納米管是分子尺寸的石墨碳管，具有獨特的物理、化學性質(zhì)。自從1991年Lijima首次報道存在碳納米管以來[2]，碳納米管的高電導性和高熱導性、機械強度、及其出色的化學穩(wěn)定性吸引了越來越多的研究人員的關(guān)注。因其獨特的電性質(zhì)，碳納米管是制作電化學傳感器和生物傳感器的理想材料。實驗表明，當被用于作為電極材料檢測系列生物活性物質(zhì)時，碳納米管表現(xiàn)出很強的電催化活性及抗表面鈍化的能力，是制作電極的理想材料。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，是構(gòu)建其他碳素材料的基本單元。石墨烯具有優(yōu)異的電學、熱學和力學性能，在電化學傳感器領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景[3]。

本項目研制成功一系列碳基納米材料電極，并與毛細管電泳和微流控芯片等技術(shù)聯(lián)用，已成功用于槐角、紅景天、魚腥草等常用中草藥的有效成分和電化學指紋圖譜的檢測。檢測的成分包括黃酮類、異黃酮類、多酚類、生物堿、木脂素類、糖類和糖甙類等生物活性物質(zhì)，并用于藥物質(zhì)量評價、藥材鑒別、藥物資源調(diào)查和中藥制劑的質(zhì)量控制等，拓寬了碳納米管和石墨烯的應(yīng)用范圍，有良好的實際意義和應(yīng)用價值，同時為其他藥材的分析提供新方法。

1 本體聚合法制備中藥有效成分電化學檢測用碳基納米材料電極

1.1 本體聚合法制備碳納米管-聚合物復合材料電極及其在中藥有效成分檢測中的應(yīng)用

將氰基丙烯酸乙酯與多壁碳納米管按質(zhì)量比為7∶3混合，然后填充于石英毛細管中，連接導線后，用水蒸汽引發(fā)本體聚合得碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極，使用前電極末端用砂紙磨成盤狀，得成品電極。圖1為碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極斷面掃描電子顯微鏡照片，可見碳納米管分散在聚氰基丙烯酸乙酯中并形成良好的導電網(wǎng)絡(luò)。紅外光譜圖表明該復合物為碳納米管與聚氰基丙烯酸乙酯的簡單混合物[4]。

圖1 碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極斷面掃描電子顯微鏡照片

圖2為碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極和石墨-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極與毛細管電泳聯(lián)用分離檢測染料木甙、槐角苷、蘆丁、染料木素、山柰酚和槲皮素的電泳圖譜?？梢娞技{米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極的電流響應(yīng)明顯高于對照電極，檢測下限在0.13~0.44 μmol/L范圍內(nèi)。圖3為用碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極檢測槐角的電泳圖譜。

此外，還采用本體聚合法制備了碳納米管-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料電極[5]，該電極已用于中藥厚樸中和厚樸酚的分離檢測。結(jié)果表明基于碳納米管檢測電極時待測樣品的靈敏度顯著提高，因碳納米管電極對酚類物質(zhì)催化性能較好，加速了電極表面的電子傳遞速率，使電泳峰半峰寬下降從而使分離度提高。

將苯乙烯預聚物后得到的黏性溶液與碳納米管混合后，填充于石英毛細管內(nèi)通過熱引發(fā)原位聚合，制得聚苯乙烯-碳納米管復合電極，與微流控芯片聯(lián)用，該電極被用于芯片毛細管電泳安培檢測中藥槐米中的蘆丁和槲皮素，不僅檢測靈敏度獲得提高，電極的抗污染能力也獲得改善[6]。

1.2 本體聚合法制備石墨烯-聚合物復合材料電極及其在中藥有效成分檢測中的應(yīng)用

將石墨通過化學氧化、超聲剝離和化學還原制備石墨烯，將甲基丙烯酸甲酯與引發(fā)劑混合預聚成黏性溶液，與石墨烯混合后填充在在毛細管內(nèi)熱引發(fā)原位聚合，制得石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料電極，電極中石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料的掃描電子顯微鏡照片見圖4。可見石墨烯分散在聚甲基丙烯酸甲酯中形成了相互連接的導電體系。在此基礎(chǔ)上，將石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料電極與毛細管電泳聯(lián)用檢測野老鸛草有效成分（圖5）[7]。此外，還采用本體聚合法制備了石墨烯-聚苯乙烯復合材料電極，與毛細管電泳聯(lián)用用于檢測魚腥草有效成分（圖6），獲得了滿意的結(jié)果[8]。

(a) 0.25 mmol/L染料木甙；(b) 0.25 mmol/L槐角苷；(c) 0.25 mmol/L蘆?。?d) 0.50 mmol/L染料木素；(e) 0.50 mmol/L山柰酚和(f) 0.50 mmol/L槲皮素。圖2 (A)碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極和(B)石墨-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極（對照）與毛細管電泳聯(lián)用分離檢測對照品的電泳圖譜

(a) 染料木甙；(b) 槐角苷；(c) 蘆??；(d) 染料木素；(e) 山柰酚和(f) 槲皮素。圖3 用碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極檢測槐角提取液的電泳圖譜

圖4 石墨烯-聚甲基丙烯酸酯復合材料電極斷面掃描電子顯微鏡照片

（a）蘆??；（b）金絲桃甙；（c）山奈酚；（d）柯里拉京；（e）老鸛草素；（f）沒食子酸；（g）原兒茶酸。圖5 野老鸛草提取液在石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料電極上的電泳圖譜

(a)蘆??；(b)異槲皮甙；(c)槲皮素；(d)綠原酸。圖6 魚腥草提取液在石墨烯-聚苯乙烯復合材料電極上的電泳圖譜

2 溶液混合法制備中藥有效成分電化學檢測用碳基納米材料電極

2.1 溶液混合法制備碳納米管-纖維素復合材料電極及其在荊三棱有效成分檢測中的應(yīng)用

使用二硫化碳處理堿性纖維素，得水溶性黏膠，然后與碳納米管混合酸化，得不溶性的纖維素-碳納米管復合物。該過程可直接在電極表面進行，從而可直接制備纖維素-碳納米管復合物修飾電極。本項目采用纖維素碳納米管復合材料修飾的電極以及未修飾的石墨電極作為工作電極，對含反式白藜蘆醇，荊三棱素A，荊三棱素B和對羥基肉桂酸的混合溶液進行檢測。四種待測物質(zhì)可在12 min內(nèi)被充分地分離開來。用纖維素-碳納米管復合材料修飾的電極檢測時，四種化合物的峰電流明顯高于用未修飾的石墨電極檢測時的峰電流。此外，我們還測定了中藥荊三棱中的反式白藜蘆醇，荊三棱素A，荊三棱素 B和對羥基肉桂酸[9]。

2.2 溶液混合法制備石墨烯-脲醛樹脂復合材料電極及其在紅景天有效成分檢測中的應(yīng)用

將石墨通過化學氧化、超聲剝離和化學還原制備的石墨烯與通過尿素與甲醛溶液在堿性條件下反應(yīng)制得脲醛樹脂預聚物混合，涂布到鉑盤電極表面得石墨烯-脲醛樹脂復合材料修飾電極。該電極與毛細管電泳聯(lián)用測定了三批紅景天樣品提取液（圖7）[10]。

(a)紅景天苷；(b)酪醇。圖7 三批[(A)~(C)]紅景天樣品提取液在石墨烯-脲醛樹脂復合材料電極上的電泳圖譜

3 熔融混合法制備碳納米管-EVA復合材料電極及其在秦皮有效成分檢測中的應(yīng)用

乙烯–醋酸乙烯共聚物（EVA）是由乙烯和醋酸乙烯單體共聚而成的高分子，具有價格低廉、熔點低、防水及機械性能優(yōu)異等特點。目前已有的EVA-碳納米管復合材料主要采用向含有碳納米管和EVA的環(huán)己烷溶液中加入乙醇，使二者共沉淀而形成復合物。然而，在通過這種方法獲得的復合物中，碳納米管的含量低于10%，不適合加工電極。本課題組采用首創(chuàng)了熔融混合填充法制備了碳納米管-聚合物復合材料電極，將 EVA置于一塊溫度約150℃的熱玻璃板上加熱熔融后，將其與碳納米管充分混合均勻，然后填充于毛細管中，冷卻后制得碳納米管-聚合物復合材料電極。

我們將該電極與毛細管電泳聯(lián)用，采用安培法檢測了秦皮中的秦皮甲素和秦皮乙素（圖8）[11]。

（a）秦皮甲素;（b）和秦皮乙素。圖8 三批[(A)~(C)]秦皮樣品提取液在碳納米管-EVA復合材料電極上的電泳圖譜

4 原位膠凝法制備碳納米管-海藻酸鹽復合材料電極及其在丹參注射液有效成分檢測中的應(yīng)用

將多壁碳納米管與海藻酸鈉水溶液混合均勻，浸涂在碳基電極表面，然后浸入氯化鈣水溶液，發(fā)生原位膠凝，晾干后制得碳納米管-海藻酸鹽復合材料修飾電極。采用掃描電子顯微鏡、熱重分析、X射線衍射、紅外光譜等技術(shù)對合成的海藻酸鈉-碳納米管復合新材料進行了測試和表征，表明碳納米管與海藻酸鹽獲得良好的復合[12]。

將研制的海藻酸鹽-碳納米管復合材料修飾碳圓盤電極與毛細管電泳聯(lián)用，進行丹參注射液中五種有效成分的安培檢測，電化學指紋圖譜見圖9，結(jié)果令人滿意。

（a）原兒茶醛，（b）丹酚酸A，（c）丹酚酸B，（d）咖啡酸，（e）原兒茶酸。圖9 丹參注射液的電泳圖譜

5 共沉淀法制備碳納米管-納米銅復合材料電極及其在板藍根中糖類物質(zhì)檢測中的應(yīng)用

先將碳納米管與硫酸銅溶液混合，然后加入硼氫化鉀溶液，進一步加熱可得碳納米管-納米銅復合材料。然后將該材料與石蠟油按質(zhì)量比7∶3混合，填入石英毛細管得碳納米管-納米銅復合材料電極。與毛細管電泳聯(lián)用，已成功用于板藍根中糖類物質(zhì)的檢測[13]，電化學指紋圖譜見圖10。

（a）甘露醇;（b）蔗糖;（c）葡萄糖；（d）果糖。圖10 三批[(A)~(C)]板藍根樣品提取液在碳納米管-納米銅復合材料電極的電泳圖譜

6 結(jié)語和展望

本項目研制成功的碳基納米材料電極包括碳納米管-聚氰基丙烯酸乙酯復合材料電極、碳納米管-纖維素復合膜修飾電極、碳納米管-脲醛樹脂復合材料電極、碳納米管-EVA復合材料電極、碳納米管-海藻酸鹽復合材料電極、碳納米管-聚苯乙烯復合材料電極、碳納米管-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料電極、石墨烯-脲醛樹脂復合材料電極、石墨烯-聚苯乙烯復合材料電極、石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料電極和石墨烯-納米銅復合材料電極，與毛細管電泳和微流控芯片等技術(shù)聯(lián)用，已成功用于槐角、紅景天、魚腥草、槐米、厚樸、野老鸛草、荊三棱、秦皮、和板藍根等常用中草藥的有效成分和電化學指紋圖譜的檢測，同時根據(jù)檢測對象不同可選擇不同檢測電極和檢測方法，獲得一種中藥的多種成分信息。檢測的成分包括黃酮類、異黃酮類、多酚類、生物堿、木脂素類、糖類等生物活性物質(zhì)，建立了包括藥材采集和處理、提取、分離、檢測條件的優(yōu)化和樣品分析在內(nèi)的系統(tǒng)的分析技術(shù)，并用于藥物質(zhì)量評價、藥材鑒別、藥物資源調(diào)查和中藥制劑的質(zhì)量控制等，拓寬了碳納米管和石墨烯的應(yīng)用范圍，有良好的實際意義和應(yīng)用價值，同時為其他藥材的分析提供新方法。

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