五种血红素蛋白质修饰电极的制备与直接电化学研究

摘要

血红素蛋白质广泛存在于生物体内，有显著的传递电子、输送氧、类酶作用等生理活性，其在电极上的直接电化学研究是生物电化学界和生命科学界非常关注的研究问题。它的研究对于了解蛋白质的电子传递机制以及开发新型的无媒介体电化学生物传感器具有重要的意义。离子液体（IL）是公认的“绿色溶剂”，由于其具有特殊的理化性质，如高的离子导电性、较好的化学稳定性和热稳定性、较宽的电化学窗口、挥发性小、无毒等，可以广泛应用于电分析化学领域尤其是电化学生物传感器方面。它既可以作为溶剂和支持电解质，又可以作为粘合剂和固定材料用于制备修饰电极。本论文将离子液体作为修饰剂和粘合剂制备了几种不同的血红素蛋白质修饰电极，并研究了血红素蛋白质的直接电化学行为。论文主要包括以下内容：
　　 1.采用层层涂布法、混合滴涂法等方法分别固定血红蛋白（Hb）和肌红蛋白（Mb），并研究其直接电化学行为。以1-乙基3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIMBF4）、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐（[EMIM]EtOS03）和1-乙酸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（AMIMPF6）代替部分石蜡为粘合剂制备了三种离子液体碳糊电极（CILE）。以CILE为基底电极，以DNA、Nation、IL、壳聚糖（CTS）、葡聚糖（De）为成膜材料分别制备了Nafion/Hb/DNA/CILE、CTS-IL-Mb/CILE和De/Mb/IL-DNA/CILE不同类型的修饰电极。用紫外吸收可见光谱、扫描电子显微镜（SEM）、电化学交流阻抗谱（EIS）、傅立叶变换红外光谱和循环伏安法对修饰电极进行了表征。结果表明Hb和Mb在膜内保持了电化学活性，循环伏安扫描有一对良好且准可逆的氧化还原峰，研究了Hb和Mb在膜内的直接电化学行为，并求解了相关的电化学参数。进一步研究了该修饰电极对三氯乙酸（TCA），H2O2，亚硝酸钠（NaNO2）等小分子的电催化性质，求解了相应的表观米氏常数（KMaPP）。
　　 2.采用层层组装法（Layer-By-Layer）分别固定Hb和Mb并研究其直接电化学和电催化行为。层层组装法常用于蛋白质电化学生物传感器的制备，它是利用带相反电荷的物质间的静电吸附作用交替吸附在固体电极的表面，形成一层稳定的薄膜，并能够很好的控制膜的层数及厚度。将带负电荷的血红素蛋白质（Hb、Mb）和带正电荷离子液体通过静电作用层层吸附在基底电极CILE的表面，制备了两种修饰电极{IL/Hb}3/CILE和{II/Mb}3/CILE。用紫外吸收可见光谱、电化学交流阻抗谱（EIS）、傅立叶变换红外光谱和循环伏安法对修饰电极进行了表征。研究了Hb和Mb在层层组装膜内的直接电化学和电催化行为，求解了相关的电化学参数和相应的表观米氏常数（KMapp）。