血紅蛋白仿生膜的電化學(xué)傳感研究.pdf

1、血紅蛋白(Hemoglobin, Hb)是脊椎動物紅細胞內(nèi)的呼吸蛋白,由珠蛋白和血紅素組成,是血液中分子氧的載體。研究血紅蛋白的電化學(xué)行為,不僅可以探索生物大分子之間的長程電子傳遞的機理,進一步認識生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系,而且有助于了解生命體系內(nèi)的物質(zhì)代謝和能量交換的過程及生命過程的氧化還原機理,從而更有效地開發(fā)和研制具有高催化性能的電化學(xué)生物傳感器。
　　本論文以實現(xiàn)血紅蛋白的直接電子傳遞為目的,分別選取具有良好生物相

2、容性的碳納米材料、高分子材料等仿生材料作為血紅蛋白的固定材料,并采用適當?shù)姆椒▽⒀t蛋白固定于電極表面,基于這些材料與血紅蛋白之間的特殊相互作用,實現(xiàn)了血紅蛋白與基底電極之間的直接電子傳遞。這些固定材料不但為血紅蛋白保持自然結(jié)構(gòu)和生物活性提供了適宜的微環(huán)境,而且顯著提高了血紅蛋白與電極間的電子傳遞速率?；诖酥苽涞幕瘜W(xué)修飾電極能夠催化還原過氧化氫(H2O2)、一氧化氮(NO)等小分子。本論文的主要工作有:
　　(1)首次將乙炔黑與

3、離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(BMIMPF6)組合制得復(fù)合膜,并成功將Hb固定在電極表面,為Hb的電化學(xué)研究建立了新的平臺。用紫外-可見光譜法和電化學(xué)交流阻抗對Hb/AB-BMIMPF6復(fù)合膜進行了表征,結(jié)果表明Hb在AB-BMIMPF6復(fù)合膜中保持其生物活性,同時該膜促進了Hb與電極間電子的傳遞。該修飾電極對H2O2、NO的還原具有良好的催化作用。
　　(2)采用一種新型合成的高分子材料-纖維素季銨鹽,利用靜電吸附作

4、用,采用層層自組裝法將荷負電的血紅蛋白包埋于荷正電的纖維素季銨鹽內(nèi),并固定在電極表面,從而實現(xiàn)了血紅蛋白的直接電化學(xué)。研究表明,固定在纖維素季銨鹽膜內(nèi)的血紅蛋白沒有變性,能催化還原H2O2。基于此,構(gòu)建了一種無媒介體的新型過氧化氫傳感器。
　　(3)結(jié)合亞甲基藍和納米活性炭微球的優(yōu)異性能,制備出一種復(fù)合膜,并成功實現(xiàn)Hb的包埋固定。Hb在此復(fù)合膜內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)良的直接電化學(xué)行為。原子力顯微鏡、電化學(xué)交流阻抗、紫外-可見光譜研究表明,該

5、復(fù)合膜與Hb之間存在著靜電作用,它改變Hb的結(jié)構(gòu)取向,因而更利于電子傳遞。固定于亞甲基藍-納米活性炭微球復(fù)合膜內(nèi)的Hb也表現(xiàn)出了良好的生物催化活性,能催化還原H2O2。
　　(4)采用β-環(huán)糊精和離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(BMIMBF4)制得修飾膜,利用它們優(yōu)異的生物相容性包埋固定血紅蛋白,實現(xiàn)了血紅蛋白在電極表面的直接電子傳遞。紫外-可見光譜實驗表明,固定于β-環(huán)糊精-BMIMBF4復(fù)合膜內(nèi)的血紅蛋白仍然能維持其