2024年3月29日发(作者：尤恬畅)
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面向痛风快速检测的尿酸传感器的研究
作者：曹挺 杨佳兴 陈敏博 纵玉迪 郭淼 徐莹
来源：《科技创新与应用》2016年第01期
摘 要：尿酸是人体内嘌呤代谢的产物，它在人体体液中含量的变化可以充分反映人体代
谢、免疫等机能的状态，所以寻找合适的修饰剂进行电化学修饰制备修饰电极，建立灵敏度
高、线性范围宽的测定尿酸的新方法具有重要的现实意义。分子印迹技术又称分子烙印，是一
种利用对特定化合物具有的预定选择性来制备合成识别位点的技术。以尿酸分子作为模版分
子，以壳聚糖作为聚合物单体，将聚合后的模版-配体复合物沉积在玻碳电极表面制成复合
膜，然后洗去复合物中的尿酸分子，制成含有尿酸分子空穴的印迹传感器，以实现对尿酸的快
速检测。
关键词：尿酸；电化学传感器；壳聚糖；分子印迹；循环伏安技术
1 概述
尿酸是一种含有碳、氮、氧、氢的杂环化合物，其分子式为C5H4N4O3，分子量为
168.1103g/mol。尿酸为三氧基嘌呤，其醇式呈弱酸 性，是嘌呤代谢的终产物。正常人体尿液
中含少量尿酸，尿酸的生成量和排泄量不平衡，会导致血尿酸升高，引起疾病。在抑制尿酸的
选择上，应尽量选择一些毒副作用小的天然植物来降尿酸，例如葛根等，因为有些降尿酸毒副
作用较大，造成了对身体的二次伤害。鸟类和爬行类的主要代谢产物是尿素，微溶于水，易形
成晶体，但与尿酸易于区分。
通过查阅大量文献资料后发现，现在对尿酸测量的方法主要有化学发光法，荧光法，高效
液相色谱法[1]和电化学方法[2]等。现在很多对尿酸测定的研究课题中采用了电化学分析法，
因为此方法[3-4]灵敏度高，操作简单，检测效果好，与其他方法相比较，是一种较理想的方
法。电化学分析法[5]为探讨尿酸的电化学行为的各种研究和课题提供了重要的研究方法。
本项目结合了电化学分析法和分子印迹技术，当模版分子与聚合物单体接触时会形成多重
作用点。通过聚合过程，这种作用就会被记忆下来。当模版分子除去后，聚合物中就形成了与
模版分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模版分子及其类似物具有
选择识别特性。利用空穴对尿酸的特异性的识别作用实现对尿酸的快速检测，更好地方便人们
对疾病的检测和预防。
2 材料与方法
2.1 仪器与试剂
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（1）仪器：CHI440A电化学工作站（上海辰华仪器公司），采用三电极系统：玻碳电极
（工作电极）、饱和甘汞电极（参比电极）、铂丝电极（对电极）。超声波清洗器，磁力加热
搅拌器，电子分析天平。
（2）试剂：氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸、盐酸、硝酸、尿酸、多巴胺、抗坏血酸、壳聚
糖，冰醋酸、醋酸钠、无水乙醇，实验所用试剂均为分析纯级别。CTS储备液：准确称取
0.25g的CTS，用0.1mol·L-1HCL溶解，然后用0.1mol·L-1NAOH溶液调至pH=5.0，配制成
5.0g·L-1的CTS储备液。沉积液：含有1.0mmol·L-1尿酸分子的CTS储备液。醋酸缓冲液：称
取无水醋酸钠0.8203g放入100mL的蒸馏水中，制得0.1mol/L的醋酸钠溶液；称取冰醋酸
0.6035g加入到100mL的蒸馏水中，即可得到0.1mol/L的醋酸溶液，然后分别用100mL的量
筒量取70mL醋酸钠溶液，用50mL量筒量取30mL的醋酸溶液，将两者混合后即可得到
0.1mol/L，pH5.0的醋酸缓冲溶液。
2.2 实验过程
（1）制备尿酸分子印迹传感器：将玻碳电极、铂丝电极、饱和甘汞电极依次在体积比为
1：1的HNO3，二次水中各超声清洗5min。将处理好的电极置于沉积液中，在-1.1V下恒电位
沉积1min，使模板分子与壳聚糖同时沉积至玻碳电极表面。取出，用水淋洗后，晾干，则制
得CTS/UA聚合膜修饰电极。将膜电极在0.01mol·L-1的KCL和乙醇溶液中恒电位处理
20min，以洗脱模板分子，再用水淋洗、晾干，则制成保留有尿酸分子空穴的印迹传感器。
（2）实验方法：把尿酸分子印迹传感器浸于0.1μmol·L-1UA溶液中10min以使其重新结
合尿酸分子，用0.1mol·L-1PBS（pH=5.0）缓冲溶液为底液检测尿酸，将三根电极固定在PBS
中，在0～0.70V之间用循环伏安法检测传感器的性能，扫描速率为0.1V/S，静置时间设为
10S，分别改变尿酸浓度、沉积时间、洗脱时间、洗脱电位、扫描速率、PBS的pH这些条件
找出尿酸分子印迹传感器检测的最优环境，以及测试干扰物对它的稳定性的影响，然后测试裸
电极以及活化玻碳电极对尿酸的响应度对它们进行比较。
3 结果和讨论
3.1 尿酸浓度的选择
从图1中可以看出，尿酸分子印迹传感器显示从尿酸浓度0.1μmol/L开始有氧化峰出现，
20μmol/L时达到检出限，UA的氧化峰电流与其浓度在0.1-80.0μmol/L范围内呈良好的线性关
系，线性回归方程Ip=1.0991c-0.2596，R2=0.9990，定量检出下限为0.1μmol/L，图1是线性曲
线图。
3.2 沉积时间的选择
图2中可看出，当沉积时间为1min时传感器对尿酸的特异性选择能力最优，氧化峰最
佳。
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3.3 最佳扫描速率以及PBS的pH选择
当扫描速率越大时，电流的数量级急剧增加，经实验得知，当扫描速率为0.1V/S时尿酸
传感器对尿酸的响应最优，同样，经过多次实验，由图3得知当PBS的pH=5时传感器形成的
氧化峰最明显。
3.4 最优洗脱电位以及洗脱时间
根据图4看出，洗脱时间的循环伏安图没有氧化峰的出现，则说明不进行洗脱操作即不除
去模版分子传感器对尿酸无特异性的作用，即空穴没有出现。随着洗脱时间的增加传感器对尿
酸的响应度增加，到达20min时响应度最优，同样，根据图5可以看出，洗脱电位为0.4V时
出现的氧化峰最好。
3.5 尿酸在裸电极和活化玻碳电极上的伏安特性
从图6中可以看出，裸电极和活化玻碳电极氧化峰电流的数量级为10-5而尿酸分子印迹
传感器的氧化峰电流的数量级为10-6，明显印迹分子传感器对尿酸的响应度较优。
3.7 抗干扰性的测试
对自制尿酸传感器的选择性进行测试，以多巴胺和抗坏血酸为干扰素进行实验，如图7、
图8所示，仅当多巴胺浓度为尿酸浓度的10倍时传感器的氧化峰产生微弱偏差，说明尿酸分
子印迹传感器对于尿酸分子有较好的选择性，抗干扰能力强。
4 结果分析
通过以上实验，可知尿酸分子印迹传感器检测的最优条件为在-1.1V恒电位下沉积1min，
在0.4V电位下洗脱20min，晾干后在20μmol/L浓度的尿酸溶液中浸泡10min，然后在pH=5
的PBS溶液中进行循环伏安法的检测，尿酸分子印迹传感器具有良好的选择性，尿酸的检测
下限能达到0.1μmol/L浓度，与其他的电化学传感器比较起来，制作简单，易推广，而且灵敏
度高，选择性高，抗干扰能力强。
基于壳聚糖的电沉积，制备了以壳聚糖为功能基体的尿酸分子印迹电化学传感器。所制备
的分子印迹传感器对尿酸具有特异性识别能力，相对于非印迹传感器的印迹效率达8.9，且对
常见共存物质（如多巴胺）具有较好的抗干扰性。而且尿酸在传感器上的氧化峰电流与尿酸浓
度在一定范围内（0.1μmol/L-20μmol/L）成良好的线性关系，有利于实现对尿酸的快速检测，
为痛风病人带来希望。
参考文献
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[1]张春梅，戴新华，杨屹，等.高效液相色谱法准确测定血清中的尿酸[J].分析实验室，
2008，27（5）：617-628.
[2]刘二保，卫洪清.化学发光法测定尿酸[J].光谱学与光谱分析，2005，25（8）：847-854.
[3]Galbán J，Andreu Y，Almenara M J，et determination
of uric acid in serum by a fluorometric-enzymatic method based on uricase[J].Talanta，2001，
54（5）：1019-1045.
[4]周永国.高效液相色谱法同时测定血清中肌酸、尿酸和肌酐[J].分析科学学报，1998，14
（1）：1103-1109.
[5]李一峻，常子栋，何锡文.电化学分析的发展与应用[J].分析实验室，2006，26（10）：
1205-1245.
作者简介：曹挺，男，本科，研究方向：生物医学。
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作者：曹挺 杨佳兴 陈敏博 纵玉迪 郭淼 徐莹
来源：《科技创新与应用》2016年第01期
摘 要：尿酸是人体内嘌呤代谢的产物，它在人体体液中含量的变化可以充分反映人体代
谢、免疫等机能的状态，所以寻找合适的修饰剂进行电化学修饰制备修饰电极，建立灵敏度
高、线性范围宽的测定尿酸的新方法具有重要的现实意义。分子印迹技术又称分子烙印，是一
种利用对特定化合物具有的预定选择性来制备合成识别位点的技术。以尿酸分子作为模版分
子，以壳聚糖作为聚合物单体，将聚合后的模版-配体复合物沉积在玻碳电极表面制成复合
膜，然后洗去复合物中的尿酸分子，制成含有尿酸分子空穴的印迹传感器，以实现对尿酸的快
速检测。
关键词：尿酸；电化学传感器；壳聚糖；分子印迹；循环伏安技术
1 概述
尿酸是一种含有碳、氮、氧、氢的杂环化合物，其分子式为C5H4N4O3，分子量为
168.1103g/mol。尿酸为三氧基嘌呤，其醇式呈弱酸 性，是嘌呤代谢的终产物。正常人体尿液
中含少量尿酸，尿酸的生成量和排泄量不平衡，会导致血尿酸升高，引起疾病。在抑制尿酸的
选择上，应尽量选择一些毒副作用小的天然植物来降尿酸，例如葛根等，因为有些降尿酸毒副
作用较大，造成了对身体的二次伤害。鸟类和爬行类的主要代谢产物是尿素，微溶于水，易形
成晶体，但与尿酸易于区分。
通过查阅大量文献资料后发现，现在对尿酸测量的方法主要有化学发光法，荧光法，高效
液相色谱法[1]和电化学方法[2]等。现在很多对尿酸测定的研究课题中采用了电化学分析法，
因为此方法[3-4]灵敏度高，操作简单，检测效果好，与其他方法相比较，是一种较理想的方
法。电化学分析法[5]为探讨尿酸的电化学行为的各种研究和课题提供了重要的研究方法。
本项目结合了电化学分析法和分子印迹技术，当模版分子与聚合物单体接触时会形成多重
作用点。通过聚合过程，这种作用就会被记忆下来。当模版分子除去后，聚合物中就形成了与
模版分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模版分子及其类似物具有
选择识别特性。利用空穴对尿酸的特异性的识别作用实现对尿酸的快速检测，更好地方便人们
对疾病的检测和预防。
2 材料与方法
2.1 仪器与试剂
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（1）仪器：CHI440A电化学工作站（上海辰华仪器公司），采用三电极系统：玻碳电极
（工作电极）、饱和甘汞电极（参比电极）、铂丝电极（对电极）。超声波清洗器，磁力加热
搅拌器，电子分析天平。
（2）试剂：氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸、盐酸、硝酸、尿酸、多巴胺、抗坏血酸、壳聚
糖，冰醋酸、醋酸钠、无水乙醇，实验所用试剂均为分析纯级别。CTS储备液：准确称取
0.25g的CTS，用0.1mol·L-1HCL溶解，然后用0.1mol·L-1NAOH溶液调至pH=5.0，配制成
5.0g·L-1的CTS储备液。沉积液：含有1.0mmol·L-1尿酸分子的CTS储备液。醋酸缓冲液：称
取无水醋酸钠0.8203g放入100mL的蒸馏水中，制得0.1mol/L的醋酸钠溶液；称取冰醋酸
0.6035g加入到100mL的蒸馏水中，即可得到0.1mol/L的醋酸溶液，然后分别用100mL的量
筒量取70mL醋酸钠溶液，用50mL量筒量取30mL的醋酸溶液，将两者混合后即可得到
0.1mol/L，pH5.0的醋酸缓冲溶液。
2.2 实验过程
（1）制备尿酸分子印迹传感器：将玻碳电极、铂丝电极、饱和甘汞电极依次在体积比为
1：1的HNO3，二次水中各超声清洗5min。将处理好的电极置于沉积液中，在-1.1V下恒电位
沉积1min，使模板分子与壳聚糖同时沉积至玻碳电极表面。取出，用水淋洗后，晾干，则制
得CTS/UA聚合膜修饰电极。将膜电极在0.01mol·L-1的KCL和乙醇溶液中恒电位处理
20min，以洗脱模板分子，再用水淋洗、晾干，则制成保留有尿酸分子空穴的印迹传感器。
（2）实验方法：把尿酸分子印迹传感器浸于0.1μmol·L-1UA溶液中10min以使其重新结
合尿酸分子，用0.1mol·L-1PBS（pH=5.0）缓冲溶液为底液检测尿酸，将三根电极固定在PBS
中，在0～0.70V之间用循环伏安法检测传感器的性能，扫描速率为0.1V/S，静置时间设为
10S，分别改变尿酸浓度、沉积时间、洗脱时间、洗脱电位、扫描速率、PBS的pH这些条件
找出尿酸分子印迹传感器检测的最优环境，以及测试干扰物对它的稳定性的影响，然后测试裸
电极以及活化玻碳电极对尿酸的响应度对它们进行比较。
3 结果和讨论
3.1 尿酸浓度的选择
从图1中可以看出，尿酸分子印迹传感器显示从尿酸浓度0.1μmol/L开始有氧化峰出现，
20μmol/L时达到检出限，UA的氧化峰电流与其浓度在0.1-80.0μmol/L范围内呈良好的线性关
系，线性回归方程Ip=1.0991c-0.2596，R2=0.9990，定量检出下限为0.1μmol/L，图1是线性曲
线图。
3.2 沉积时间的选择
图2中可看出，当沉积时间为1min时传感器对尿酸的特异性选择能力最优，氧化峰最
佳。
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3.3 最佳扫描速率以及PBS的pH选择
当扫描速率越大时，电流的数量级急剧增加，经实验得知，当扫描速率为0.1V/S时尿酸
传感器对尿酸的响应最优，同样，经过多次实验，由图3得知当PBS的pH=5时传感器形成的
氧化峰最明显。
3.4 最优洗脱电位以及洗脱时间
根据图4看出，洗脱时间的循环伏安图没有氧化峰的出现，则说明不进行洗脱操作即不除
去模版分子传感器对尿酸无特异性的作用，即空穴没有出现。随着洗脱时间的增加传感器对尿
酸的响应度增加，到达20min时响应度最优，同样，根据图5可以看出，洗脱电位为0.4V时
出现的氧化峰最好。
3.5 尿酸在裸电极和活化玻碳电极上的伏安特性
从图6中可以看出，裸电极和活化玻碳电极氧化峰电流的数量级为10-5而尿酸分子印迹
传感器的氧化峰电流的数量级为10-6，明显印迹分子传感器对尿酸的响应度较优。
3.7 抗干扰性的测试
对自制尿酸传感器的选择性进行测试，以多巴胺和抗坏血酸为干扰素进行实验，如图7、
图8所示，仅当多巴胺浓度为尿酸浓度的10倍时传感器的氧化峰产生微弱偏差，说明尿酸分
子印迹传感器对于尿酸分子有较好的选择性，抗干扰能力强。
4 结果分析
通过以上实验，可知尿酸分子印迹传感器检测的最优条件为在-1.1V恒电位下沉积1min，
在0.4V电位下洗脱20min，晾干后在20μmol/L浓度的尿酸溶液中浸泡10min，然后在pH=5
的PBS溶液中进行循环伏安法的检测，尿酸分子印迹传感器具有良好的选择性，尿酸的检测
下限能达到0.1μmol/L浓度，与其他的电化学传感器比较起来，制作简单，易推广，而且灵敏
度高，选择性高，抗干扰能力强。
基于壳聚糖的电沉积，制备了以壳聚糖为功能基体的尿酸分子印迹电化学传感器。所制备
的分子印迹传感器对尿酸具有特异性识别能力，相对于非印迹传感器的印迹效率达8.9，且对
常见共存物质（如多巴胺）具有较好的抗干扰性。而且尿酸在传感器上的氧化峰电流与尿酸浓
度在一定范围内（0.1μmol/L-20μmol/L）成良好的线性关系，有利于实现对尿酸的快速检测，
为痛风病人带来希望。
参考文献
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[1]张春梅，戴新华，杨屹，等.高效液相色谱法准确测定血清中的尿酸[J].分析实验室，
2008，27（5）：617-628.
[2]刘二保，卫洪清.化学发光法测定尿酸[J].光谱学与光谱分析，2005，25（8）：847-854.
[3]Galbán J，Andreu Y，Almenara M J，et determination
of uric acid in serum by a fluorometric-enzymatic method based on uricase[J].Talanta，2001，
54（5）：1019-1045.
[4]周永国.高效液相色谱法同时测定血清中肌酸、尿酸和肌酐[J].分析科学学报，1998，14
（1）：1103-1109.
[5]李一峻，常子栋，何锡文.电化学分析的发展与应用[J].分析实验室，2006，26（10）：
1205-1245.
作者简介：曹挺，男，本科，研究方向：生物医学。
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