基于納米材料-蛋白質(zhì)多元復合材料的電化學生物傳感器的制備與應用.pdf

1、蛋白質(zhì)是一類重要的生物大分子,研究氧化還原蛋白質(zhì)和酶在電極上的直接電化學行為,為研究生命體內(nèi)酶的電子傳遞過程提供了模型,對認識和理解它們的電子傳遞機理、探索生命體內(nèi)的生理作用機制、開發(fā)新型第三代生物傳感器和生物燃料電池等具有十分重要的意義。離子液體(IL)具有特殊的理化性質(zhì),如導電性高、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、電化學窗口寬、揮發(fā)性小、無毒等,被廣泛應用于電化學和電分析領域。納米材料具有高比表面積、高活性以及特殊的性質(zhì)等使之成為應用于傳感

2、器方面最有前途的材料。本論文將離子液體和納米材料復合材料作為修飾劑,制備了幾種不同的血紅素蛋白質(zhì)修飾電極,并研究了血紅素蛋白質(zhì)的直接電化學與電催化行為。論文主要包括以下內(nèi)容:
　　 1.采用水熱法制備出了海膽狀的納米MnO2,并將其用于血紅蛋白(Hb)修飾電極的制備。以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM]BF4)為粘合劑和修飾劑,制得了離子液體修飾碳糊電極(CILE)。以CILE為基底電極,采用層層涂布法將Hb和CTS

3、-MnO2的混合物滴涂在電極表面,制得了CTS-MnO2/Hb/CILE修飾電極。采用光譜法、掃描電子顯微鏡(SEM)和循環(huán)伏安法對電極進行了表征,光譜實驗結果表明Hb在修飾膜內(nèi)保持了其自身的原始構型,循環(huán)伏安結果出現(xiàn)一對峰形良好且準可逆的氧化還原峰,研究了蛋白質(zhì)在復合膜內(nèi)的直接電化學行為,并求解了相關的電化學參數(shù),并進一步研究了該修飾電極對三氯乙酸(TCA)的電催化性質(zhì),求解了相應的表觀米氏常數(shù)(Kmapp)。
　　 2.構建

4、了一種基于殼聚糖(CTS)-血紅蛋白(Hb)-多壁碳納米管(MWCNTs)-離子液體1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽([BMIM]Br)復合膜修飾的電化學生物傳感器。將離子液體1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯鹽([EMIM]EtOSO3)代替部分石蠟作為粘合劑和修飾劑與石墨粉一起混合制得CILE,然后將CTS,Hb,MWCNTs和[BMIM]Br按一定的比例混合后制備出一種多元復合材料,滴涂于電極表面后制得了一種新型的修飾電極CTS-Hb-CN

5、T-IL/CILE。紫外-可見吸收光譜(UV-vis)和傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)表明Hb在復合膜內(nèi)保持了其生物活性。電化學交流阻抗實驗(EIS)表明該修飾電極能加快電子轉移速率,這是由于IL和CNT。之間存在一定的協(xié)同作用。循環(huán)伏安結果表明在pH值為7.0的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中,Hb修飾電極上出現(xiàn)一對準可逆的氧化還原峰,求解了相應的電化學參數(shù)。該修飾電極對三氯乙酸(TCA)和亞硝酸鈉(NaNO2)表現(xiàn)出良好的電催化行為,計

6、算了相應的表觀米氏常數(shù)(Kmapp)。
　　 3.以離子液體1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯鹽([EMIM]EtOSO3)和六氟磷酸正丁基吡啶(BPPF6)代替部分石蠟為粘合劑制備了2種離子液體碳糊電極(CILE)。以CILE為基底電極,以葡聚糖(De)、海藻酸鈉(SA)為成膜材料,納米材料和IL為修飾劑,辣根過氧化物酶(HRP)和肌紅蛋白(Mb)為研究對象,采用混合涂布法分別制備出了De-HRP-V2O5-IL/CILE和SA-