氧化还原蛋白质在纳米材料修饰电极上的直接电化学研究

摘要

氧化还原蛋白质和酶等生物大分子的直接电化学研究是生物电化学界和生物学界非常关-注的热点问题。它的研究对于人们获得蛋白质和酶的热力学和动力学性质，深入认识蛋白质和酶等生物大分子在生命体内的生理作用以及开发新型生物传感器、新型生物燃料电池等生物电子器件具有重要的理论和应用指导意义。从某种意义上讲，研究生命过程，实质上就是研究生物体中的电子传递过程。因此，用电化学方法来研究蛋白质的电子传递过程有着特别的优越性。 本论文主要以新型纳米材料为生物载体，构筑生物分子/纳米材料的界面，实现氧化还原蛋白质和酶等生物大分子的直接电子传递并获得优良的生物电催化性能。全文共分四个部分： 第一章绪论本章主要综述了氧化还原蛋白质的电化学意义和研究进展，简要介绍了纳米材料的特性，制备等，着重介绍了纳米材料修饰电极在生物电化学中的应用。 第二章细胞色素c在无机复合纳米材料修饰电极上的直接电化学研究采用超声辅助湿法制备了羟基磷灰石与碳纳米管(HAp/MWNT)无机复合纳米材料，并将其修饰到玻碳电极表面，实现了细胞色素c(Cytc)的电化学研究。实验结果表明，复合材料对细胞色素c有很好的催化作用，其氧化还原峰峰差(△Ep)为78 mV，式电位为15 mV。在6.0x10<'-7>～5.．0x10<'-5>mol/L浓度范围内，Cytc的峰电流与其浓度呈良好的线性关系，其检测下限为3.0x10<'-7>mol/L。 第三章氧化还原蛋白质在凹凸棒土修饰电极上的直接电子转移通过超声搅拌对凹凸棒土进行纯化，首次将凹凸棒土应用于氧化还原蛋白质的固定及其生物电化学研究。通过XRD和TEM表征了凹凸棒土的结构和形态，UV-Vis、FT-IR表明凹凸棒土具有良好的生物兼容性和较高的稳定性，能快速促进蛋白质的直接电子转移，细胞色素c和血红蛋白在凹凸棒土修饰电极上都有良好的电化学响应，该电极对过氧化氢有良好的催化作用，为第三代生物传感器的开发提供思路。 第四章细胞色素c在马铃薯膳食纤维修饰电极上的直接电化学行为研究用水蒸汽爆破和氧化法对马铃薯废渣进行处理制备马铃薯膳食纤维(PDF)，并用FT-IR、SEM等方法进行表征。结果表明，马铃薯渣中的半乳聚糖在蒸汽爆破下由长链断成短链，且由原来的块状变成片状、无规则的空间网层结构，断链的半乳糖醛基在氧化作用下生成羧基；所得到的PDF具有比表面积大、吸附位点多等特点。将马铃薯膳食纤维与聚乙烯醇(PVA)制备成水凝胶修饰到玻碳电极表面，研究细胞色素c(Cyt c)在该电极上的直接电化学，探讨了马铃薯膳食纤维与Cyt c间的相互作用，构建了新型过氧化氢生物传感器。用计时电流法测定过氧化氢的线性范围为8.0×10<'-6>～2.4×10<'-4>mol/L，检出限为4.0×10<'-6>mol/L。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1氧化还原蛋白质和酶的电化学研究

1.1研究意义

1.2氧化还原蛋白质的间接电化学研究

1.3氧化还原蛋白质的直接电化学研究

2纳米材料增强电化学生物传感器的研究

2.1纳米材料及其性质

2.2纳米材料的制备

2.3纳米材料修饰电极在生物电化学中的应用

3立题思想

第二章细胞色素c在无机复合纳米材料修饰电极上的直接电化学研究

1引言

2实验部分

2.1仪器与试剂

2.2功能化纳米管的制备

2.3纳米HAp和HAp/MWNT复合材料的制备

2.4 HAp/MWNT/GC修饰电极的制备

3结果与讨论

3.1纳米HAp和HAp/MWNT复合材料的表征

3.2HAp/MWNT的生物兼容性实验

3.3 Cytc在HAp/MWNT/GC修饰电极上的电化学行为

3.4线性范围、检测限和重现性

4结论

第三章氧化还原蛋白质在天然纳米结构凹凸棒土修饰电极上的直接电子转移

1引言

2实验部分

2.1仪器与试剂

2.2凹凸棒土的纯化

2.3修饰电极的制备

3结果与讨论

3.1 ATP膜的孔隙率的测定

3.2紫外可见光谱

3.3 FT-IR光谱

3.4 Hb和Cyt c在凹凸棒土修饰电极上的直接电化学行为

3.5 pH对血红蛋白电子转移的影响

3.6氧化还原蛋白质修饰电极对H2O2的电催化氧化

3.7修饰电极的稳定性和重现性

4结论

第四章细胞色素c在马铃薯膳食纤维修饰电极上的直接电化学研究

1引言

2实验部分

2.1试剂

2.2仪器

2.3 PDF的制备

2.4 PR和PDF的红外光谱测试和微观形态观察

2.5 Cyt c/PDF/PVA/GC修饰电极的制备

3结果与讨论

3.1 PR和PDF的红外光谱分析

3.2 PR和PDF的微观形态

3.3 PDF/PVA膜的生物兼容性

3.4 Cyt c在PDF/PVA修饰电极上的直接电化学

3.5 Cyt c/PDF/PVA/GC修饰电极对H2O2的电催化

4结论

致谢

参考文献

硕士期间发表及待发表的论文