咖啡酸在化学修饰电极中的应用研究和展望
咖啡酸为止血升白细胞药,具有收缩增固微血管、提高凝血因子的止血功能、升高白细胞和血小板的作用。常用于外科手术时预防出血或止血,以及内科、妇产科等出血性疾病的止血。也用于各种原因引起的白细胞减少症、血小板减少症。咖啡酸的酯类衍生物已经被鉴定为蜂胶及多种中草药的主要活性组分,具有抗菌、消炎、止痒、抗氧化、增强免疫、保护胃粘膜、降血糖、降血脂、抗肿瘤等多种功能,对人体有着广泛的医疗、保健作用,现已成为各国科学研究的热点,并成为新兴的保健品倍受推崇。因此,咖啡酸是医药保健的重要原料和中间体。
近几年来,通过国内部分知名科研机构的生物化学研究表明,咖啡酸还可以作为电催化氧化材料运用于化学修饰电极。
化学修饰电极是将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物以化学薄膜的形式固定在电极表面,使电极具有某种特定的化学和电化学性质。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)是目前已知300多种脱氢酶的辅酶,同时它也是许多生物氧化还原电子传递链中的重要物质,因此NADH作为研究生物、生命和生理过程的重要基础物质,是目前氧化作用中使用最广泛的电子载体。人们对其电化学性质的研究表明,它在普通电极上的氧化具有较大的过电位,其氧化过电位一般超过1.1V ,且其氧化产物易在电极表面吸附而引起电极的钝化,使得NADH的直接电化学测量十分困难。克服这个困难的方法之一通常是利用媒介体,通过媒介体的传递使得NADH的传递速率得到改善,过电位得到显著降低。这些媒介体包括醌类,氧化还原染料,金属络合物。修饰的方法一般采用吸附,聚合,电沉积。吸附是早期修饰电极的方法,这种方法制备的电极往往寿命很短,重现性差。聚合及电沉积方法制备的电极由于稳定性和重现性好而引起人们广泛重视。
一般含有邻醌形式的化合物对NADH的氧化具有很好的电催化作用,如将含有邻醌形式的化合物共价键合在电极表面制成的修饰电极对NADH的氧化具有很好的催化作用。咖啡酸是一种具有邻醌形式的化合物,目前实验是通过电沉积的方式将咖啡酸键合在电极表面,研究了修饰电极的性质及其对NADH的催化作用。咖啡酸修饰到电极表面的过程分为二步:第一步,当电位进行氧化扫描时,咖啡酸氧化为醌;第二步,玻碳电极表面的活性基团(羟基等)进攻醌。这样咖啡酸通过键合作用就沉积在电极表面上了,因此咖啡酸就以分子的形式修饰在电极表面上。电极反应呈现表面波性质,该氧化还原峰的产生来源于咖啡酸结构中相邻的两个羟基(3′,4′)的氧化与还原。
在实验结果中,NADH的氧化峰电位一般在+0.280V左右,而在同样的条件下,未修饰的玻碳电极上的氧化电位为+01596V,因此过电位降低了316 mV。阳极峰电流增大是由于NADH的加入,生成了更多还原形式的咖啡酸,还原峰降低是由于氧化形式的咖啡酸同时参与电化学和化学反应。这说明该修饰电极对NADH具有良好的催化作用。将修饰电极保存在磷酸缓冲溶液中一周后测试,其峰电流基本不变,结果表明该电极呈现良好的稳定性。
虽然目前很少有利用咖啡酸修饰电极来研究对NADH的催化氧化的报导。但通过已有的实验结果表明,咖啡酸修饰电极对NADH具有催化作用好,稳定性强的优点。这就为该产品在化学修饰电极中的应用开发研究奠定一个良好的基础。
同时,化学修饰电极扩展了电化学的研究领域,目前已广泛应用于生命、环境、能源、分析、电子传感以及材料科学等诸多方面,将会把咖啡酸的应用从目前传统的医疗保健和中间体领域扩大到很多全新的领域,为该产品构造一个广大的市场空间,发展前景十分广阔