咖啡酸在化學修飾電極中的應用研究和展望
咖啡酸為止血升白細胞藥,具有收縮增固微血管、提高凝血因子的止血功能、升高白細胞和血小板的作用。常用于外科手術時預防出血或止血,以及內科、婦產科等出血性疾病的止血。也用于各種原因引起的白細胞減少癥、血小板減少癥。咖啡酸的酯類衍生物已經被鑒定為蜂膠及多種中草藥的主要活性組分,具有抗菌、消炎、止癢、抗氧化、增強免疫、保護胃粘膜、降血糖、降血脂、抗腫瘤等多種功能,對人體有著廣泛的醫療、保健作用,現已成為各國科學研究的熱點,并成為新興的保健品倍受推崇。因此,咖啡酸是醫藥保健的重要原料和中間體。
近幾年來,通過國內部分知名科研機構的生物化學研究表明,咖啡酸還可以作為電催化氧化材料運用于化學修飾電極。
化學修飾電極是將具有優良化學性質的分子、離子、聚合物以化學薄膜的形式固定在電極表面,使電極具有某種特定的化學和電化學性質。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)是目前已知300多種脫氫酶的輔酶,同時它也是許多生物氧化還原電子傳遞鏈中的重要物質,因此NADH作為研究生物、生命和生理過程的重要基礎物質,是目前氧化作用中使用最廣泛的電子載體。人們對其電化學性質的研究表明,它在普通電極上的氧化具有較大的過電位,其氧化過電位一般超過1.1V ,且其氧化產物易在電極表面吸附而引起電極的鈍化,使得NADH的直接電化學測量十分困難。克服這個困難的方法之一通常是利用媒介體,通過媒介體的傳遞使得NADH的傳遞速率得到改善,過電位得到顯著降低。這些媒介體包括醌類,氧化還原染料,金屬絡合物。修飾的方法一般采用吸附,聚合,電沉積。吸附是早期修飾電極的方法,這種方法制備的電極往往壽命很短,重現性差。聚合及電沉積方法制備的電極由于穩定性和重現性好而引起人們廣泛重視。
一般含有鄰醌形式的化合物對NADH的氧化具有很好的電催化作用,如將含有鄰醌形式的化合物共價鍵合在電極表面制成的修飾電極對NADH的氧化具有很好的催化作用。咖啡酸是一種具有鄰醌形式的化合物,目前實驗是通過電沉積的方式將咖啡酸鍵合在電極表面,研究了修飾電極的性質及其對NADH的催化作用。咖啡酸修飾到電極表面的過程分為二步:第一步,當電位進行氧化掃描時,咖啡酸氧化為醌;第二步,玻碳電極表面的活性基團(羥基等)進攻醌。這樣咖啡酸通過鍵合作用就沉積在電極表面上了,因此咖啡酸就以分子的形式修飾在電極表面上。電極反應呈現表面波性質,該氧化還原峰的產生來源于咖啡酸結構中相鄰的兩個羥基(3′,4′)的氧化與還原。
在實驗結果中,NADH的氧化峰電位一般在+0.280V左右,而在同樣的條件下,未修飾的玻碳電極上的氧化電位為+01596V,因此過電位降低了316 mV。陽極峰電流增大是由于NADH的加入,生成了更多還原形式的咖啡酸,還原峰降低是由于氧化形式的咖啡酸同時參與電化學和化學反應。這說明該修飾電極對NADH具有良好的催化作用。將修飾電極保存在磷酸緩沖溶液中一周后測試,其峰電流基本不變,結果表明該電極呈現良好的穩定性。
雖然目前很少有利用咖啡酸修飾電極來研究對NADH的催化氧化的報導。但通過已有的實驗結果表明,咖啡酸修飾電極對NADH具有催化作用好,穩定性強的優點。這就為該產品在化學修飾電極中的應用開發研究奠定一個良好的基礎。
同時,化學修飾電極擴展了電化學的研究領域,目前已廣泛應用于生命、環境、能源、分析、電子傳感以及材料科學等諸多方面,將會把咖啡酸的應用從目前傳統的醫療保健和中間體領域擴大到很多全新的領域,為該產品構造一個廣大的市場空間,發展前景十分廣闊