血红蛋白在膜修饰电极的电化学行为及其信息分析

论文摘要

血红蛋白是人体中一类重要的生物大分子,是生命活动的物质基础,因此对于血红蛋白的研究尤为重要。电化学方法检测血红蛋白在临床分析、生化分析和疾病检测中都有广泛的应用。蛋白质等生物大分子在一般的电极上响应极弱,而化学修饰电极的出现,极大的推动了蛋白质电化学研究的发展。电化学方法检测血红蛋白,实验数据的获取、信息的选择、处理和整合都是尤为重要的。本学位论文以牛血红蛋白在月桂酸、胆固醇和大豆卵磷脂修饰的玻碳电极上的电还原系统为研究载体,以循环伏安和交流阻抗技术为测试手段,引入新的科学计算方法,开展电化学信息处理方法的研究。本学位论文循环伏安测试的基本结论如下:1.鉴于实验测试所得到的循环伏安响应谱图上只有单一的血红蛋白的还原峰而未出现表征其强吸附的后峰;在连续多次的伏安扫描测试中,血红蛋白的还原峰电流随扫描次数增加而逐渐降低。因而可以认为血红蛋白在该修饰电极上的电催化还原反应伴有电活性质粒的弱吸附现象。2.血红蛋白在该修饰电极上的电还原反应过程难以断言为扩散作用或吸附作用起主导地位,比较而言扩散作用很可能具有更为显著的影响。3.鉴于对经典的Michaelis?Menten方程加以分形修正后的模型能较好地表征出血红蛋白的还原峰电流与其浓度的关系,相应的Hausdorff维数的最佳估计为D? =0.66,因而初步推断血红蛋白在经月桂酸、大豆卵磷脂和胆固醇修饰的玻碳电极上的电催化还原涉及到分形动力学机制。依据借助于EQU软件对实测EIS数据进行处理所得到的信息以及对这些信息的分析与整合,就血红蛋白在经月桂酸、大豆卵磷脂和胆固醇修饰的玻碳电极进行电还原的阻抗谱特征来说,可以得到下列基本结论:1.该电极反应体系的EIS很可能涉及到三个状态变量,它们分别是直流极化电势、血红蛋白吸附表面覆盖度和修饰膜的统计平均厚度,最佳等效电路码为(C [R(Q[RW])(QRT)])。2.该电极反应体系呈现出十分明显的弥散效应,它主要与电活性物质的吸附特性和修饰膜自身结构有关,而蛋白质分子在交流电场中的介质损耗因素并未起主导作用。3.在该电极反应体系中,除修饰电极/溶液界面电双层结构的阻抗是由非法拉第电流引起的之外,修饰膜本身的交流频响特性也与非法拉第电流有关。4.该电极反应体系中的扩散行为不符合常规扩散模型,而可以归属于具有“阻挡层扩散”型的非常规模型,而出现非常规扩散的原因尚需要进一步探讨。鉴于循环伏安测试业已表明,对经典的Michaelis?Menten方程加以分形修正后的模型能较好地表征出血红蛋白的还原峰电流与其浓度的关系,因而初步推断出现非常规扩散的原因很可能与血红蛋在经月桂酸、大豆卵磷脂和胆固醇修饰的玻碳电极上的电催化还原涉及到分形动力学机制有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电化学方法在蛋白质研究中的应用
• 1.1.1 蛋白质的研究进展
• 1.1.2 血红蛋白的研究进展
• 1.2 化学修饰电极的研究现状
• 1.2.1 模拟生物膜修饰电极
• 1.2.2 多双层复合薄膜电极
• 1.2.3 纳米粒子修饰
• 1.2.4 其它方法修饰电极
• 1.3 循环伏安及电化学阻抗谱的数据处理与解析研究
• 1.3.1 循环伏安研究方法简介
• 1.3.2 电化学阻抗谱的数据处理与解析研究
• 1.4 MATLAB 语言梗概及EQU 软件使用简介
• 1.4.1 MATLAB 语言梗概
• 1.4.2 EQU 软件使用简介
• 1.5 文献调研提出的问题及选题依据
• 第二章 学位论文工作的确定
• 2.1 学位论文开展研究的总体思想
• 2.2 选题工作的可行性分析
• 2.3 论文工作的总体思路
• 2.3.1 实验设计
• 2.3.2 实验测试数据集的获取
• 2.3.3 数据处理
• 2.3.4 信息数据的整合
• 第三章 血红蛋白的循环伏安响应谱的基本特征
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 仪器、试剂和溶液的配制
• 3.1.2 工作电极的预处理和修饰
• 3.1.3 电化学测量
• §3.2 血红蛋白膜修饰电极上的循环伏安响应谱特征
• 3.2.1 循环伏安响应谱图的直观特征
• 3.2.2 溶液中血红蛋白浓度对循环伏安响应谱图的影响
• 3.2.3 溶液pH 对循环伏安响应谱图的影响
• 3.2.4 由循环伏安响应谱的直观信息所能得到的基本结论
• 第四章 循环伏安峰电流响应数据的解析处理
• 4.1 信息数据处理的基本思想、方法及拟合处理效果的评价
• 4.2 血红蛋白的[ip，ν]pH , C 数据集的线性回归处理
• 4.3 血红蛋白的[ip，C] pH ,ν数据集的回归处理
• 4.4 基本结论
• 第五章 血红蛋白电还原的EIS谱的基本特征
• 5.1 实验方法
• 5.1.1 仪器、试剂和溶液的配制
• 5.1.2 工作电极的预处理和修饰
• 5.1.3 电化学阻抗谱的测量
• 5.2 牛血红蛋白电催化还原的EIS 谱特征
• 5.2.1 不同直流极化电势下的阻抗谱特征
• 5.2.2 不同直流极化电势下的导纳和“电容”谱特征
• 5.2.3 不同直流极化电势下的Bode 谱特征
• 5.3 牛血红蛋白电还原的EIS 谱数据的解析
• 5.3.1 EIS 谱数据处理效果的评价
• 5.3.2 借助于EQU 软件进行EIS 谱数据处理的结果及分析
• 5.4 EIS 数据处理结果的相关信息分析与整合
• 5.4.1 模型参数随直流极化电势而变化的总体态势
• 5.4.2 等效电路中各等效元件的物理意义
• 5.4.3 相关信息的分析与整合
• 5.4.4 基本结论
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况
• 致谢