多巴胺电化学传感器专利技术综述
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摘 要：多巴胺（DA）是儿茶酚乙胺族中的一种激素，是哺乳动物和人类中枢神经重要的信息传递物质。建立简单、快速、准确检测多巴胺方法是研究人员一直追求的目标，电化学修饰电极检测多巴胺是较为重要的方法之一，本文总结了近些年来多巴胺电化学传感器的各类专利和研究进展，并对专利研究技术以及专利申请的情况进行总结分析。
关键词：多巴胺 传感器 专利分析
中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（c）-0071-03
多巴胺（Dopamine，DA）的化学名称为3， 4-二羟基-β-苯乙胺，可以作为拟肾上腺素药，还广泛用于治疗神经紊乱、先天性心血性及高血压等疾病，还能够治疗抑郁症[1]。因此，对其含量测定方法的研究无论是在临床应用方面还是在生理功能研究都具有重要的实际意义。
本文探究了多巴胺的测定中常见的化学修饰电极材料：聚合膜、Nafion 膜、碳纳米材料和复合材料[2-4]，并重点分析了多巴胺电化学传感器的主要申请人、电极修饰材料等分布信息，以及近年来技术发展趋势。
1 多巴胺电化学传感器化学修饰电极分类
1.1 聚合膜
韩国AHAMMAD A等在KR20090045491A专利中使用硫堇作为单体，通过循环伏安法在电化学预处理的金或铂电极的表面上合成硫堇聚合物，获得导电聚合物电极，可同时检测多巴胺，抗坏血酸和尿酸，对多巴胺的检测限约1.8μM;南京工业大学的专利CN101576525A，在玻碳电极表面沉积聚没食子酸薄膜，制得的电极既能选择性地响应DA，还可以排除AA对DA检测的干扰;专利US2019004001A1在氧气，氮气或其它惰性气体的气氛下，等离子体真空环境沉积电化学惰性聚合物，如聚乙烯，聚（四亚甲基琥珀酸酯），聚丙烯，聚乙烯吡咯烷酮，聚环氧乙烷等，拓展了聚合膜的使用材料。
1.2 Nafion膜
ATSUSHI TANAKA A在专利BR0301776A中通过掺杂催化剂铜的双（2，2-二苯基）氯化物络合物的改性Nafion膜，用于多巴胺检测，传感器响应时间只有0.5s;首尔国立大学产业大学合作基金会在KR20180103653A公开了场效应晶体管包括基板，在基板上以单向布置，在其上的功能层是选择性地传输离子的高分子膜Nafion，与碳纳米管相比，表面积较小;在CN105929000A中还公开一种Nafion功能化三维含氮石墨烯/MoS2糊电极的制备方法，并用于同时检测神经递质5?羟色胺和多巴胺，检测限为0.05μmol/L。
1.3 碳纳米材料
ALEXANDER S在WO2019008601A1中通过制备石墨烯基复合材料检测多巴胺，包括通过使用乙酸锌二水合物（（Zn（CH3COO）2·2H2O）和氯化锡（II）二水合物（SnCl2·2H2O）盐的水热处理制备锌-锡（IV）氧化物（Zn-SnO2）纳米结构，将纳米结构，氨和水合肼添加到氧化石墨烯分散体中，复合材料对多巴胺检测限可达到5mM;哈尔滨理工大学在CN108862251A中公开通过水合肼还原法制备出低成本、高产量的超细镍粉，然后以该镍粉为模板通过化学气相沉积法制备出高质量、比表面积大、生物相容性好的三维石墨烯材料;上海交通大学在CN110006966A中以碳材料作为有机电化学晶体管的多巴胺传感器的栅电极，制备一种检测多巴胺的非侵入式柔性传感器及其制备方法。
1.4 复合材料
KIM J H在KR20130085737A中的工作电极为掺硼金刚石薄膜/聚苯胺/金纳米颗粒电极，金属纳米粒子催化剂和纳米结构的复合材料与导电聚合物在电化学传感器的协同作用提高多巴胺的检测效果，且不受抗坏血酸影响;西南大学在CN107238651A中使用沸石咪唑类骨架材料（ZIF?8）在玻碳电极表面构建基于沸石咪唑类骨架材料的电化学传感器，表面修饰全氟磺酸质子膜溶液（Nafion），其抗干扰能力强，灵敏度高;长沙理工大学在CN110082416A中制备3D-PtCu/CNDs/GQDs/GCE复合膜修饰电极，可以对L-酪氨酸和多巴胺同时检测等步骤，该修饰电极对L-Tyr和DA具有较好的可分辨的电化学响应。
2 多巴胺电化学传感器领域专利申请分析
2.1 专利申请趋势
如图1是2000—2018年多巴胺电化学传感器领域申请趋势历年分布图。从中可以看到，全球范围内的申请趋势可粗略分为两个阶段，以2016 年为分水岭，在此之前申请量逐渐增加，这与多巴胺的发展历程密切相关，1910年英国科学家George首次在实验室合成了多巴胺，直到2000年诺贝尔医学奖获得者Carlsson指出：多巴胺不只是甲状腺素和去甲肾上腺素的前驱，還是脑内信息传递者，才引起科研工作者的重视，直至2002年才出现关于其检测的专利申请，随着石墨烯等纳米材料的研发，2008年专利申请量加速递增，在2016年申请量达到最高点64件，之后逐年递减，这是因为这几年没有发现新的材料或者方法，可以明显提高多巴胺传感器的性能。
根据图2世界各国专利申请趋势所示，中国不是第一个申请多巴胺电化学传感器专利的国家还是申请量最大的国家，可见我国的技术敏感性很高，截至2018年，我国在多巴胺电化学传感器领域累计申请量255件，超过排名第二的韩国232件，我国在检测多巴胺的方向上有诸多研究与应用，美国、世界产权组织、日本等国家紧随其后，但是申请量与中国相比还有较大差距，韩国的申请量呈现跳跃式变化，申请趋势并不稳定，但是其专利技术领先于其他国家，其专利申请具有自主创新的材料和检测方法，美国在2010年申请量达到顶峰，之后逐年递减。 2.2 国内专利申请人/发明人分析
根据图3显示的是国内申请人按照申请量的排序图，在全球范围内中国申请人的申请量名列前茅，据调查研究显示，国外申请人主要的研究方向是新材料、检测装置结构的研发和对传感器材料的优化改进，从整体上提升传感器在实际使用时的可靠性。而国内申请人主要对传感器的修饰材料和精度进行优化改进，大幅度的提升传感器的灵敏度。国内多巴胺电化学传感器领域的申请量，排名前11位均是中国的重点大学，根据我国申请量的分析，其中申请人为高校的占84.1%，研究所占7.4%，企业仅占7.0%，个人申请占3.1%，申请量居前的以高校为主，高校申请人的专利申请常常与其研究课题、发表论文相关，排名前列的申请人没有一家科研单位或者企业在列，缺乏具有规模的企业申请人，尚未形成以产业主导的格局，这说明我国还停留在科研探索阶段，将前端的研究成果向产业化转变有一定困难，虽然专利申请数量大技术新，但是实际应用技术还不成熟，需要长时间的探索与尝试，这指明了未来的研发方向。
2.3 化学修饰材料分类
根据图4使用材料占比图可以看出，目前多巴胺电化学传感器材料主要是聚合膜、Nafion膜、碳纳米材料、氨基酸等其他材料，其中占比最大的是聚合膜，占到所有申请的45%，其次是碳纳米材料占到全部的35%，上述两种材料已占全部申请的80%，使用复合材料如金属有机骨架、分子印迹方法等占比14%，Nafion膜仅有7%。
聚合膜材料在多巴胺电化学领域占比最大，研究时间最早，这是由于聚合物膜修饰电极具有三维空间结构的特征，其电化学响应信号大、活性基的浓度高，十分有利于电催化，电化学稳定性较好，并且制备简单、重现性好，使聚合物膜修饰电极在传感器研究方面得到迅速发展。而碳納米材料主要分为石墨烯和碳纳米管，分别占比22%和13%，碳纳米管能促进电子的传递，拥有较大的比表面积，可以作为优良的修饰材料，石墨烯是单片层二维蜂巢状晶体，具有优异的电化学性能，但是碳纳米材料有个缺点是易团聚，现今多使用一些染料或金属纳米材料掺杂结合，可以提高复合材料的分散性，使其具有协同作用。氨基酸、Nafion膜因其操作简单、快速，有较好的选择性而倍受研究者关注。分子印迹技术的检测灵敏度高，但是制备方法繁琐，稳定性不好有待改进，金属有机骨架材料是新兴材料有待进一步研究。
3 结语
综上所述，本文对多巴胺电化学传感器领域涉及的材料和各自的发展历程进行了介绍，同时对该领域在国内外的申请量、申请人/发明人、重点专利等内容进行了详细的分析和介绍。可以看出，该领域的技术发展主要依托于新的加工技术以及材料科学的发展，传感器检测精度、选择性、响应时间一直以来都是研究的重点内容。该领域的专利申请具有涉及面广和研究方向多的特点，虽然专利技术已经成熟，但是如何将其转化可以实际应用仍是亟待解决的问题，专利申请人应重视技术产业化的问题，提高产业化能力。
参考文献
[1] 唐艺桐.多巴胺电化学修饰电极的研究与应用[J].南方农机，2018，49（13）：173，187.
[2] 黄启同，林小凤，胡世荣，等.多巴胺检测方法研究进展[J].汕头大学学报：自然科学版，2018，33（1）：3-17，2.
[3] 郁惠珍，苗向阳，顾准，等.多巴胺检测新方法研究进展[J].安徽化工，2017，43（6）：8-10.
[4] 陈丹，何婧琳，李丹，等.多巴胺电化学修饰电极的研究与应用[J].化学传感器，2016，36（1）：2-9.
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