核壳两亲型聚合物膜电极的构建及其对GOD直接电子转移的促进作用

摘要

高分子聚合物因其独特的结构和功能性，作为修饰材料在电化学传感器中得到了广泛的研究和应用。本文将一种具有憎水性核和疏水性壳的两亲性阳离子聚合物微球（Hydrophilic PDMAEMA-protonated corona and hydrophobic polystyrenecore，简称PDS）修饰至电极表面，利用其良好的固载能力及生物相容（及相溶）性能，形成稳定性好、导电能力强的聚合物膜修饰电极，考察该聚合物膜对生物酶（GOD）以及无机催化物种（杂多酸）修饰电极性能的影响。旨在探讨和开发此类核壳结构两亲性聚合物在修饰电极及生物传感器中的应用。
　　 论文的主要工作及研究结果如下：
　　 第一部分，考察和优化了聚合物膜的成膜条件。通过浸泡的方法将PDS修饰到GC电极上，考察浸泡时间和PDS固含量的影响，得到最优化成膜条件为：浸泡时间10min，PDS固含量0.1056g/mL。通过扫描电镜、循环伏安法等技术研究PDS膜在电极表面形貌和修饰电极的导电性能及稳定性。结果表明，铁氰化钾在PDS膜电极上的氧化还原峰电流明显增大，且△Ep减小，可逆性比裸电极好，说明PDS膜可以促进电极的电子传导能力。
　　 第二部分，将GOD固定在经PDS修饰的玻碳电极（PDS/GC）上，制成GOD/PDS/GC电极。通过扫描电镜（SEM）对其表面形貌表征，结果表明，PDS能将GOD牢固地固定在玻碳电极表面，且GOD在电极表面分布均匀。采用循环伏安法（CV）考察了修饰电极上GOD的电化学行为和电催化性质。其循环伏安曲线上显示出一对可逆的氧化还原峰；在100mV/s扫速下，其式量电位E0为-0.447V（vs.SCE，pH6.24）；GOD在PDS/GC电极表面电子转移的表观速率常数k为3.9s-1；根据式量电位E0随缓冲溶液pH值的变化关系，确知GOD发生的直接电化学反应遵从（2e+2H+）机理。表明电极表面的PDS能改变GOD活性中心的微环境，促进GOD与电极之间的直接电子传递。此外，实验结果显示，电极表面的GOD对溶液中的O2有很强的电催化还原作用，在O2饱和体系中，GOD的还原峰峰电流的降低程度与溶液中葡萄糖浓度有线性关系，线性范围为0～8mM。总之，PDS不仅具有良好的生物相容性，而且能促使GOD在电极表面发生直接电子转移作用。因此，PDS有望可以作为第三代酶生物传感器中良好的固定酶材料。
　　 第三部分，通过分子间静电作用将Keggin结构磷钼杂多酸（H3PMoO40xH2O，简称PMo12）吸附在PDS/玻碳电极（PDS/GC）上，制备得到PMo12/PDS膜电极。采用循环伏安技术考察了PDS对PMo12在电极表面的电化学性质以及对杂多酸修饰电极稳定性的影响。实验结果证实，该修饰电极在0.5mol/LH2SO4溶液中的CV曲线上，出现了归属于PMo12的3对可逆氧化还原峰，并且其氧化还原峰电流明显大于单独PMo12修饰电极。该修饰电极对NO2-、IO3-、BrO3-具有很好的电催化还原作用，说明PDS是一种良好的修饰电极聚合物膜材料，这为无机催化活性物种在电极表面的修饰提供了很好的途径。