摻雜細胞色素c的酶界面的構建及其生物傳感研究.pdf

1、基于蛋白質界面構建的電化學傳感器具有選擇性高、分析速度快、操作簡單、價格低廉和可進行在線甚至活體檢測等優(yōu)點,在工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、食品檢測和重大疾病診斷等方面均有重要應用價值。探索合適的方法設計蛋白質界面以實現(xiàn)它的信號轉換是該領域研究的重點和難點。采用具有良好生物相容性和導電性的材料構建既有利于保持蛋白質的活性又能有效地轉移電子的界面,既能使氧化還原蛋白質與電極進行快速的電子交換,又能發(fā)展響應快、靈敏度高的電化學傳感器。沿著這條思路,本

2、研究以細胞色素c(Cyt c)為模型蛋白質,致力于發(fā)展新型材料固定方法,以達到改進固定生物材料活性、延長傳感器使用壽命等目的,進一步構筑Cyt c和辣根過氧化物酶(HRP)的雙蛋白質界面以揭示蛋白質間的相互作用機理和信息傳遞規(guī)律,并發(fā)展更靈敏的電化學傳感元件。具體開展的研究工作如下:
　　1.基于PDDA-Gp-Au復合材料的Cyt c直接電化學及其電化學生物傳感研究。利用聚二烯丙基二甲基氯化銨(簡寫為 PDDA)為還原劑還原氧化

3、石墨烯(GO),制備 PDDA功能化的石墨烯(Gp),并在其原位生長金納米顆粒(Au NPs),得到了PDDA-Gp-Au納米復合物。此處摻入的PDDA可以作為“粘合”分子使石墨烯片層結構轉而成為一個可原位生長Au NPs的平臺,還可用作制備石墨烯納米片膠態(tài)分散液的穩(wěn)定劑。該復合物由于Gp和Au NPs的協(xié)同作用,具有良好的導電性和生物兼容性。將其用來構筑Cyt c修飾電極,并詳細研究了Cyt c在該復合物內(nèi)的直接電化學和電催化特性。實

4、驗結果表明,PDDA-Gp-Au納米復合物可有效固載Cyt c分子,Gp和Au NPs的引入對Cyt c的直接電子轉移發(fā)揮了較好的協(xié)同促進作用,且Cyt c/RTIL-Au-Gp-PDDA/MUA-MCH/Au電極對過氧化氫(H2O2)表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性,可用作檢測H2O2的傳感器。
　　2.基于PFS-DNA復合膜的Cyt c直接電化學及其生物傳感器。DNA是一種生物大分子,其堿基對的堆積排列可看作是能夠實現(xiàn)電子轉移的共軛π電

5、子體系,能促進其他電活性物質的電子轉移。它能與帶正電荷且具有電活性的聚電解質聚二茂鐵硅烷(PFS)形成一種三維(3D)多孔結構,該孔狀結構可用來固載具有堆垛結構的物質并用作生物兼容的母體。將Cyt c固載在PFS-DNA復合物的3 D多孔膜中,研究Cyt c在多孔膜中的直接電化學和電催化特性。結果顯示，PFS-DNA膜的3 D多孔結構為Cyt c提供了良好生物兼容的微環(huán)境,促進了Cyt c的直接電子轉移;且 Cyt c/PFS-DNA/

6、Au電極展示了優(yōu)良的生物電催化還原H2O2的特性,因此,可用作檢測H2O2的傳感器。
　　3.基于GO-殼聚糖(CHIT)修飾的Cyt c和HRP的雙蛋白質界面的電子傳遞的研究。此設計中,將具有良好生物兼容性的CHIT與具有良好電子傳導性的GO制成納米復合物用作電化學研究平臺以固載雙蛋白質。即利用GO-CHIT復合物來固載Cyt c和HRP混合蛋白質,構筑摻雜Cyt c的雙蛋白質界面,研究雙蛋白質在界面中的電子傳遞和其電催化特性。

7、結果顯示,雙蛋白質體系能夠與電極之間實現(xiàn)直接電子轉移,電子傳遞速率為ks,(Cyt c-HRP)=2.63 s-1,比Cyt c和HRP單蛋白質修飾電極都大(ks,(Cyt c)=1.44 s-1，ks,(HRP)=1.53 s-1)。此外,雙蛋白質修飾電極展示了優(yōu)良的生物電催化還原O2和H2O2的特性,有望應用于O2和H2O2的檢測。
　　4. Cyt c-HRP與GO-CHIT自組裝多層膜的制備及其電化學傳感研究。利用LBL技

8、術將Cyt c單層膜電極交替地浸入GO-CHIT溶液和Cyt c-HRP溶液中組裝制成雙蛋白質多層膜修飾電極。使用紫外光譜和電化學交流阻抗譜(EIS)研究了多層膜電極的構建過程。重點考查了組裝層數(shù)對雙蛋白質相互作用以及電子傳輸?shù)挠绊?比較了雙蛋白質多層膜界面與單蛋白質多層膜界面性能的異同,揭示蛋白質界面中信息的傳遞規(guī)律。并研究了雙蛋白質多層膜界面對電催化還原O2的性能。結果顯示,雙蛋白質在GO-CHIT膜中實現(xiàn)了層層組裝,并保持了其生物