氧化還原蛋白質(zhì)基于微納結(jié)構(gòu)材料的生物電化學(xué)研究.pdf

1、氧化還原蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)在生物學(xué)和生物電化學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。蛋白膜伏安法是一種新的有效的方法研究氧化還原蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)，可以給蛋白質(zhì)的氧化還原反應(yīng)提供重要的動力學(xué)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，另外，研究固載蛋白質(zhì)和電極間的直接電子傳遞可以為制備新型的無媒介傳感器提供理論基礎(chǔ)。本論文中分別采用天然的胞外多糖—結(jié)冷膠(GG)，聚乙二醇接枝的多壁碳納米管(PEG—g—MWCNTs)，晶化的有序介孔C—TiO2(MCT)復(fù)合材料和新型的蠕蟲狀二氧化鈦

2、等新型高聚物和納米結(jié)構(gòu)材料為載體固定蛋白質(zhì)，并研究它們的生物電化學(xué)性質(zhì)。本論文的主要研究工作如下： 1、一種新型的細(xì)胞外多糖結(jié)冷膠和室溫離子液體的復(fù)合膜首次作為基底去包埋蛋白質(zhì)分子，并且研究了它的生物電化學(xué)性質(zhì)。選擇血紅蛋白(Hb)作為一種模型蛋白去研究結(jié)冷膠和離子液體復(fù)合體系。采用紫外可見分光光度法、循環(huán)伏安法和電化學(xué)交流阻抗技術(shù)表征了膜的性質(zhì)。結(jié)果表明Hb在膜中能夠很好的保持天然結(jié)構(gòu)和顯示良好的電化學(xué)行為。在pH7.0的磷酸

3、緩沖溶液(PBS)中，出現(xiàn)了一對清晰的準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，其勢量電位(E°’)為—0.368V(vs.SCE)，與典型的血紅素Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化還原對電位一致。Hb—IL—GG修飾電極對過氧化氫(H2O2)表現(xiàn)出良好的電催化還原能力。 2、采用共價(jià)接枝法制備了聚乙二醇(PEG)修飾的多壁碳納米管(PEG—g—MWCNTs)，合成的材料具有良好的水溶性和生物相容性。用傅立葉紅外光譜，透射電子顯微鏡，熱重分析法表征PEG—g

4、—MWCNTs，證明PEG嫁接到了MWCNTs表面上。并以PEG—g—MWCNTs為生物載體來固載Hb，研究其生物電化學(xué)行為。采用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)證明了Hb有效吸附到PEG—g—MWCNTs修飾電極表面。Hb/PEG—g—MWCNT修飾電極在pH7.0的磷酸緩沖溶液(PBS)中的循環(huán)伏安結(jié)果顯示了一對清晰的準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，其峰電位為—0.34V(vs.SCE)，與典型的血紅素Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化還原對電位一致。Hb固載到PE

5、G—g—MWCNTs顯示出對亞硝酸鹽良好的生物電催化還原活性。 3、以酚醛樹脂和“酸堿對”TiCl4和Ti(OC4H7)4分別為碳源和鈦源，通過三嵌段共聚物直接模板法合成了有序介孔C—TiO2(MCT)納米材料，通過無定型的碳將納米晶銳鈦礦很好的“粘連”堆砌在一起組成晶化墻壁，具有有序的介孔結(jié)構(gòu)，高的比表面積(200㎡/g)，大的孔體積(0.15cm3/g)。其中二氧化鈦的含量高達(dá)87wt％。將有序介孔C—TiO2用于蛋白質(zhì)固定

6、和生物電化學(xué)研究，循環(huán)伏安結(jié)果表明，MCT修飾電極在pH7.0的磷酸緩沖溶液(PBS)中的顯示了一對清晰的準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，其峰電位為—0.336V(vs.SCE)，與典型的血紅素Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化還原對電位一致。Hb固載到MCT上對H2O2顯示出良好的物電催化活性。 4、以新型的蠕蟲狀二氧化鈦和室溫離子液體復(fù)合膜為載體，首次用于辣根過氧化物酶(HRP)的固載及其生物電化學(xué)性質(zhì)研究。采用紫外光譜(UV)和電化學(xué)交流阻抗