新型纳米材料修饰电极及其对蛋白质的生物电化学研究

论文摘要

21世纪纳米技术引起了世界各国政府和科学界的高度关注，掀起了新一轮的技术浪潮，它已经成为人们关注的焦点和研究的重要领域，毫无疑问，“纳米科技革命”已经来临。 当物质小到纳米数量级时，会产生独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，其电学、磁学、光学和化学性质也相应地发生显著的变化，呈现出常规材料不具备的优越性能。因此，纳米材料在催化、电子材料、微器件、增强材料及传感器材料等方面有着广阔的应用前景。电化学过程与电极材料的表面性质有关，如果将纳米材料修饰在电极的表面，基于其尺寸效应和介电限域效应等特性，能增大电流响应，降低检测限，大大提高检测的灵敏度，可以用于许多微量的生物活体样品的分析。 蛋白质和酶等生物大分子是构成生命的主要基元，参与完成生命体中的新陈代谢等许多生理过程，同时在这些生命过程中很多蛋白质和酶都要经历电子转移过程，在其氧化型和还原型之间相互转化。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。 氧化还原蛋白质在电极上的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。它的研究对于人们获得蛋白质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及电子传递反应、传递机制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。因此，寻找更有效的方法实现蛋白质的直接电化学、通过研究蛋白质的直接电子转移以进一步揭示生物体系氧化还原过程的机制、制备性能优越稳定可靠的第三代生物传感器以满足生物医学、环境检测和工业快速分析的需要，必将成为该领域的发展趋势。 纳米材料独特的比表面积大、催化活性高、亲和力强的特点，使其能活化电极表面，加速蛋白质的活性中心与电极间的直接电子转移，同时最大限度地保持蛋白质的生物活性。将纳米技术应用于蛋白质的电化学分析研究，是一个崭新的领域，有利于创新性地建立一些新理论、新技术和新方法。 本论文工作是导师金利通教授领导的国家自然科学基金项目和高等学校博士点基会项目的部分工作内容，致力于研制新型纳米材料和纳米修饰电极（电化学传感器），以量子点、SiO2等多种纳米材料作为氧化还原蛋白质反应平台，构

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科技与纳米材料
• 1.2 纳米材料修饰电极在生物电化学中的应用
• 1.3 蛋白质的电化学研究
• 1.4 本论文工作及意义
• 第二章 新型含介体纳米修饰电极对溶液中蛋白质的电化学测定研究
• 2纳米粒子修饰电极及其对血红蛋白的催化还原研究'>§2.1 壳聚糖固定TBSiO₂纳米粒子修饰电极及其对血红蛋白的催化还原研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器
• 2.2 试剂
• 2.3 纳米TBDS粒子的制备
• 2.4 玻碳电极的预处理及纳米CS-TBDS修饰电极的制备
• 3 结果与讨论
• 3.1 TBDS纳米粒子的形成过程与表征
• 3.2 紫外-可见光谱（UV-vis）和红外光谱（FTIR）表征
• 3.3 纳米TBDS生物兼容性的研究
• 3.4 纳米CS-TBDS修饰电极的电化学行为
• 3.5 Hb在纳米CS-TBDS修饰电极上的电化学行为
• 4 结论
• §2.2 纳米聚硫堇修饰电极的制备及其用于流动注射体系检测血红蛋白的研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器
• 2.2 试剂
• 2.3 玻碳电极的预处理以及纳米pTn／GC电极的制备
• 2.4 血样的处理方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 纳米聚硫堇的表征
• 3.2 纳米聚硫堇的生物相容性
• 3.3 硫堇在玻碳电极上的电聚合
• 3.4 纳米聚硫堇的电化学活性
• 3.5 蛋白质在纳米聚硫堇修饰电极上的电化学行为
• 3.6 流动注射分析
• 3.7 线性范围,检出限和重现性
• 3.8 血样的测定
• 4 结论
• 第三章 蛋白质、肽、氨基酸在纳米铁氰化钴修饰电极上的电化学研究
• §3.1 纳米铁氰化钴修饰电极的制备与表征
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.2 纳米CoHCF／GC修饰电极的制备
• 3 结果与讨论
• 3.1 纳米CoHCF／GC电极的表面形貌表征
• 3.2 纳米CoHCF／GC电极的电化学性质研究
• 3.3 纳米CoHCF／GC电极的稳定性研究
• 4.结论
• §3.2 纳米铁氰化钴修饰电极对半胱氨酸和谷胱甘肽的电化学测定研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.2 纳米铁氰化钴修饰电极的制备
• 2.3 色谱条件
• 2.4 样品的准备和分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 纳米CoHCF对L-Cys和GSH的电催化氧化
• 3.2 色谱条件的选择
• 3.3 线性范围、检测限和重现性
• 3.4 样品的测定
• 4 结论
• §3.3 纳米铁氰化钴修饰电极在血红蛋白电化学分析中的应用研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.2 纳米CoHCF／GC修饰电极对Hb的电化学测定
• 2.3 流动注射分析法（FIA）测定人工合成样品和人血样中Hb的含量
• 3 结果与讨论
• 3.1 纳米CoHCF／GC电极对血红蛋白的电化学响应
• 3.2 pH值对Hb在纳米CoHCF／GC电极上的响应电位和电流的影响
• 3.3 流动注射分析（FIA）
• 3.4 FIA-ECD体系的应用
• 4 后续
• 4.1 纳米CoHCF／GC修饰双阵列电极的制备
• 4.2 FIA-ECD同时测定GSH、Hb混合样品
• 5 结论
• 第四章 PVP／CdS量子点修饰电极的制备及其对血红素蛋白的直接电化学研究
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器
• 2.2 试剂
• 2.3 PVP／CdS量子点复合材料的制备
• 2.4 玻碳电极的预处理及PVP／CdS量子点复合材料修饰电极的制备
• 3 结果与讨论
• 3.1 PVP／CdS量子点复合材料的表征
• 3.2 PVP／CdS量子点的生物兼容性
• 3.3 pH值的影响
• 3.4 PVP／CdS量子点修饰电极的电化学行为
• 3.5 PVP／CdS量子点修饰电极对蛋白质的电化学响应
• 3.6 pH值的影响
• 3.7 流动注射分析
• 4 结论
• 第五章 量子点修饰电极电化学检测器与自制蛋白质色谱柱联用的研究
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.2 色谱柱的制备
• 2.3 HPLC-ECD体系的建立
• 3 结果与讨论
• 3.1 色谱柱制备条件的优化
• 3.2 色谱柱性能的表征
• 3.3 蛋白质的HPLC-ECD模式的建立
• 3.4 色谱条件
• 3.5 色谱柱分离性能考察
• 3.6 蛋白质的HPLC-ECD分离检测
• 4 结论
• 第六章 Hb在羧基化ZnS量子点自组装修饰Au电极上的直接电化学研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器
• 2.2 试剂
• 2.3 ZnS量子点的制备
• 2.4 Hb／ZnS QDs／L-Cys／Au电极的研制
• 3 结果与讨论
• 3.1 ZnS量子点的TEM表征
• 3.2 紫外-可见光谱（UV-Vis）
• 3.3 电化学交流阻抗（EIS）
• 3.4 Hb／ZnS QDs／L-cys／Au修饰电极的电化学行为
• 3.5 pH值的影响
• 2O₂的电催化还原'>3.6 Hb／ZnS QDs／L-Cys／Au电极对H₂O₂的电催化还原
• 3.7 Hb／ZnS QDs／L-Cys／Au电极的重现性和稳定性
• 4 结论
• 第七章 蛋白质层层组装膜电极及其催化还原特性的研究
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器
• 2.2 试剂
• 2／Hb}n／PDDA／GC电极的制备'>2.3 玻碳电极的预处理及{SiO₂／Hb}n／PDDA／GC电极的制备
• 3 结果与讨论
• 3.1 温度对Hb活性的影响
• 3.2 层层自组装的条件优化
• 3.3 电化学交流阻抗（EIS）研究
• 3.4 血红蛋白的直接电化学行为
• 2}₆／GC电极对O₂、H₂O₂的电催化还原'>3.5 {Hb／SiO₂}₆／GC电极对O₂、H₂O₂的电催化还原
• 2}₆／GC电极的重现性和稳定性'>3.6 {Hb／SiO₂}₆／GC电极的重现性和稳定性
• 4 结论
• 附录：博士在读期间科研成果
• 致谢