基于納米金屬氧化物固定血紅蛋白酶的直接電化學(xué)研究.pdf

1、自從1967年Updik和Hicks研制了第一支以鉑電極為基體的葡糖糖生物傳感器以來，由于制作方法簡單、靈敏度好等優(yōu)點(diǎn)，酶生物傳感器受到了人們的廣泛關(guān)注并得到迅猛發(fā)展。目前，酶生物傳感器已經(jīng)能測定多種物質(zhì)，由于H2O2是很多工業(yè)過程的原料或是中間產(chǎn)物，同時也是生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)的副產(chǎn)物，因此對其含量的測定在工業(yè)領(lǐng)域、環(huán)境檢測、生物化學(xué)等領(lǐng)域已成為研究的熱門之一。由于Hb的氧化還原活性和工業(yè)用途，所以通常被用來構(gòu)造過氧化氫生物電極。然而

2、，它們的氧化還原中心通常深深的埋藏的蛋白質(zhì)內(nèi)部，很難進(jìn)行蛋白質(zhì)和電極之間的電子轉(zhuǎn)移。因此，選擇合適的材料保持酶的活性并促進(jìn)直接電子傳遞成為當(dāng)前傳感器發(fā)展的趨勢。本學(xué)位論文將二氧化鋯微球和海藻酸鈉、石墨烯和納米氧化鋅球、針狀氧化鋅晶須一海藻酸鈉以及空心二氧化鋅球與血紅蛋白組裝到電極表面成功構(gòu)建了傳感器。構(gòu)建的傳感器不僅實(shí)現(xiàn)了直接電化學(xué)行為，還實(shí)現(xiàn)了在低電位下對過氧化氫快速靈敏的檢測?；诖?，本文主要研究工作如下：
　　 (1)基于

3、二氧化鋯空心微球和海藻酸鈉薄膜固定血紅蛋白的直接電化學(xué)和電催化研究
　　 由具有生物相容性的二氧化鋯空心球(HZMS)和海藻酸鈉(SA)成功構(gòu)造了過氧化氫生物傳感器，并對二氧化鋯空心微球形貌、大小進(jìn)行了透射顯微鏡的表征。紅外光譜和紫外可見光譜表明，血紅蛋白(Hb)在ZHMS中保留其天然結(jié)構(gòu)。血紅蛋白酶在電位為-0.15 V，pH值為7.0 PBS中，得到一對穩(wěn)定的準(zhǔn)可逆氧化還原峰。電子轉(zhuǎn)移的表觀速率常數(shù)為1.15 s-1，快的電

4、子傳遞速率說明HZMS具有獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和大的比表面積。構(gòu)造的生物傳感器線性范圍為(1.75×10-6mol/L-4.9×10-3 mol/L)，檢測限為(6×10-7mol/L(S/N=3)。該傳感器具有寬的線性范圍、高的靈敏度、好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
　　 (2)基于石墨烯和納米氧化鋅增強(qiáng)血紅蛋白的直接電化學(xué)和電催化行為的研究
　　 石墨烯和納米氧化鋅復(fù)合膜被用于固定血紅蛋白，并成功制備了過氧化氫傳感器。對復(fù)合膜的形貌

5、和大小進(jìn)行了透射電鏡表征。復(fù)合物的紫外光譜表明了，Hb在復(fù)合膜中保持了其天然的結(jié)構(gòu)。在pH6.5的PBS中得到了一對穩(wěn)定的準(zhǔn)可逆氧化還原峰且Hb對過氧化氫有極好的生物電催化活性。電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)是1.0 s-1，說明了石墨烯增強(qiáng)了電極和Hb之間的電子轉(zhuǎn)移速率。傳感器在1.8μmol/L到2.3 mmol/L范圍內(nèi)成線性關(guān)系，檢測下限為0.6μmol/L(S/N=3)，米氏常數(shù)為1.46 mmol/L。制備的生物傳感器具有靈敏度高、重現(xiàn)性

6、好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　 (3)基于針狀氧化鋅晶須-海藻酸鈉復(fù)合膜固定血紅蛋白的過氧化氫生物傳感器的研究
　　 一種具有生物相容性的針狀氧化鋅晶體(AZW)被成功制備，并利用針狀氧化鋅晶體和海藻酸鈉(SA)復(fù)合物為固酶基質(zhì)，成功構(gòu)建了高性能的過氧化氫傳感器。通過掃描電子顯微鏡(SEM)研究了其形態(tài)和大小。紫外可見光譜表明，針狀氧化鋅晶體和海藻酸鈉復(fù)合膜中保持了血紅蛋白(Hb)的天然結(jié)構(gòu)。電子轉(zhuǎn)移系數(shù)(a)和電子轉(zhuǎn)移的表

7、觀速率常數(shù)(ks)分別為0.5和2.5s-1，表明針狀氧化鋅晶體特殊的結(jié)構(gòu)和大的表面積提高血紅蛋白和修飾電極之間的電子轉(zhuǎn)移速率。該傳感器在線性范圍2.1μmol/L-4.8 mmol/L，檢出限為0.7μmol/L(S/N=3)，表觀米氏常數(shù)為0.8 mmol/L。該傳感器具有靈敏度高，重現(xiàn)性好，長期穩(wěn)定，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
　　 (4)基于氧化鋅空心球固定血紅蛋白的過氧化氫生物傳感器的研究
　　 一種新型過氧化氫生物傳感器

8、是由氧化鋅空心球(ZHS)吸附血紅蛋白(Hb)構(gòu)造成的。氧化鋅空心球具有很好的生物兼容性，為Hb提供良好的微環(huán)境。透射電子顯微鏡下顯示了納米氧化鋅空心球的結(jié)構(gòu)、形態(tài)及顆粒大小。分別用紫外吸收光譜法，循環(huán)伏安法，計(jì)時電流法表征了該生物傳感器的性能。用氧化鋅空心球來固定酶具有高度的穩(wěn)定性并能保持酶的生物活性。電子轉(zhuǎn)移系數(shù)(a)和電子轉(zhuǎn)移的表觀速率常數(shù)(ks)分別為0.5和3.1 s-1，表明氧化鋅空心球能很好的促進(jìn)電子在血紅蛋白與修飾電極之