碳納米管生物界面的構(gòu)筑及其電化學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、碳納米管(CNT)自1991年被Iijima發(fā)現(xiàn)以來，其奇特的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和機(jī)械性能已經(jīng)引起了世界的廣泛關(guān)注。碳納米管的發(fā)現(xiàn)開辟了材料科學(xué)和納米技術(shù)的一個(gè)新時(shí)代。目前，碳納米管已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于物理、化學(xué)、能源、材料等眾多研究領(lǐng)域。碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電子特性也決定了它們具有優(yōu)良的電化學(xué)性質(zhì)，在電化學(xué)和電分析化學(xué)，如電催化和電化學(xué)傳感器等研究中具有十分誘人的應(yīng)用前景。碳納米管的結(jié)構(gòu)和電子特征也表明了其在蛋白質(zhì)直接電化學(xué)和生物電化學(xué)傳感器研究

2、中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本論文圍繞碳納米管生物電化學(xué)傳感器研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展了碳納米管生物電化學(xué)界面的構(gòu)筑及其性能的研究工作。具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面：1)分別采用了羧基、羥基以及嵌段共聚物通過共價(jià)和非共價(jià)兩種方法，實(shí)現(xiàn)了碳納米管的功能化，并研究了碳納米管功能化方法與其促進(jìn)蛋白質(zhì)直接電子傳遞性能間的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，羧基和羥基功能化的碳納米管雖然表現(xiàn)出較好的親水性和生物大分子，如辣根過氧化物酶的兼容性，但是，這種共價(jià)功能化的方法

3、會(huì)不可避免地破壞了碳納米管固有的電子結(jié)構(gòu)，而且也不能明顯地加快蛋白質(zhì)的直接電子傳遞。相對(duì)而言，利用聚(乙氧基)-聚(丙氧基)-聚(乙氧基)嵌段共聚物(PEO-PPO-PEO，P123和F127)非共價(jià)功能化的碳納米管則能較好地分散在水溶液中，并且能夠很好地促進(jìn)血紅素蛋白質(zhì)(如辣根過氧化酶、血紅蛋白和肌紅蛋白)的直接電子轉(zhuǎn)移。 2)在以上研究基礎(chǔ)上，我們選擇了磷脂酰膽堿，利用非共價(jià)的方法對(duì)碳納米管進(jìn)行了功能化。由于磷脂酰膽堿是一種

4、生物膜，它能夠?yàn)樯锓肿?，如蛋白質(zhì)，提供良好的微環(huán)境，因而在實(shí)現(xiàn)這些大分子在電極表面固定的同時(shí)，能夠相對(duì)保持分子的構(gòu)象和生物活性。研究發(fā)現(xiàn)，固定在磷脂酰膽堿功能化碳納米管上的血紅蛋白能夠較好地實(shí)現(xiàn)其直接電子轉(zhuǎn)移，并且對(duì)氧氣和過氧化氫的電化學(xué)還原表現(xiàn)出良好的生物電化學(xué)催化活性，可望應(yīng)用于構(gòu)筑這些物質(zhì)的生物電化學(xué)傳感器。 3)研究了多銅氧化酶，即漆酶和膽紅素氧化酶，在纖維素衍生物功能化碳納米管上的直接電子轉(zhuǎn)移行為。電化學(xué)研究表明，固