基于納米金屬氧化物材料—蛋白質(zhì)多元復(fù)合材料的電化學(xué)生物傳感器的研究.pdf

1、作為生物體中必要的組成成分，蛋白質(zhì)和酶在生命活動中起著非常重要的作用，它們參與完成生命體中的許多生理過程。其中，氧化還原蛋白質(zhì)和酶是被研究最為廣泛的，關(guān)于它們在電極上的電化學(xué)行為研究已成為生物電化學(xué)領(lǐng)域和生命科學(xué)領(lǐng)域非常關(guān)注的熱點問題。其研究對于人們深入認(rèn)識蛋白質(zhì)和酶等生物大分子在生命體內(nèi)的生理作用以及電子傳遞反應(yīng)、傳遞機制，開發(fā)新型生物傳感器、新型生物燃料電池等生物電子器件具有重要的理論和應(yīng)用指導(dǎo)意義。離子液體(IL)具有特殊的物化性

2、質(zhì)，如導(dǎo)電性好、電化學(xué)窗口寬、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高、溶解能力強、揮發(fā)性小、無毒等，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)和電分析領(lǐng)域。而納米材料因具備大的比表面積、較高的催化活性以及良好的親和力等特點，使其能活化電極表面，加速蛋白質(zhì)的活性中心與電極間的直接電子傳遞，同時最大限度地保持蛋白質(zhì)的生物活性，已成為應(yīng)用于生物傳感器方面最有前途的材料。本論文充分利用離子液體和納米材料的優(yōu)良特性，組裝了不同的納米材料/蛋白質(zhì)修飾電極，并研究了血紅素蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)

3、行為和電催化性能，以及C@SnO2無酶電化學(xué)生物傳感器對H2O2的電催化能力。其主要包括以下內(nèi)容：
　　 1.利用水熱法制備出梭形的Fe2O3納米顆粒，并在其外通過包碳部分還原Fe2O3最終獲得梭形的C@Fe3O4納米顆粒。采用液體石蠟、石墨粉和綠色溶劑－離子液體1－丁基－3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM]BF4)為原料，制備了離子液體修飾碳糊電極(CILE)。將其作為基底電極，采用層層涂覆法將C@Fe3O4納米顆粒、肌紅蛋白

4、(Mb)、離子液體1－乙基－3－甲基咪唑硫酸乙酯鹽([EMIM]EtOSO3)和殼聚糖(CTS)固定在CILE表面，制得了CTS/IL/Mb/C@Fe3O4/CILE修飾電極。利用光譜法、掃描電子顯微鏡(SEM)和循環(huán)伏安法等方法對電極進(jìn)行了表征，光譜實驗結(jié)果表明Mb在復(fù)合膜內(nèi)保持了其自身的天然構(gòu)象，而且在循環(huán)伏安結(jié)果中，CTS/IL/Mb/C@Fe3O4/CILE上出現(xiàn)一對峰形良好且準(zhǔn)可逆的氧化還原峰。還進(jìn)一步研究了復(fù)合膜內(nèi)Mb的直接

5、電化學(xué)行為以及該修飾電極對三氯乙酸(TCA)的電催化還原能力，并求解了相關(guān)的電化學(xué)參數(shù)和相應(yīng)的表觀米氏常數(shù)(KMapp)。
　　 2.制備了空心的Co3O4納米球，并將其用于血紅蛋白(Hb)修飾電極的活性材料，研究了血紅蛋白(Hb)在CILE上的直接電化學(xué)行為。以上述CILE為基底電極，構(gòu)建了一種基于Nafion-血紅蛋白(Hb)-Co3O4-離子液體1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽([BMIM]Br)復(fù)合膜修飾的電化學(xué)生物傳感器。紫

6、外和紅外光譜分析結(jié)果表明，Hb在修飾膜內(nèi)基本保持了其天然生物活性，Nafion-Hb-IL-Co3O4/CILE上出現(xiàn)一對準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，并且在該修飾電極上Hb的電子傳遞能力明顯增強，這是由于空心的Co3O4納米球和離子液體的存在提供了一個合適的微環(huán)境，加速了酶與電極間的電子傳遞。同時進(jìn)一步研究了Hb的直接電化學(xué)行為以及該修飾電極對TCA的電催化性能，解釋了其電化學(xué)行為的機理。
　　 3.采用水熱法合成出單分散的C@SnO2

7、納米顆粒，并充分利用SnO2的電催化活性和碳層的良好導(dǎo)電性，將其用于H2O2無酶電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)建。以玻碳電極(GCE)為基底電極，以殼聚糖(CTS)為成膜材料，通過滴涂法將C@SnO2納米顆粒固定在電極上，制備得到CTS/C@SnO2/GCE修飾電極。將CTS/C@SnO2/GCE修飾電極作為生物傳感器工作電極，并對H2O2進(jìn)行電催化測試。在最佳實驗條件下，所制備的修飾電極對H2O2表現(xiàn)出良好的電催化能力，催化還原電流和H2O2的