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(dòng)物紅細(xì)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(zhǎng)程電子傳遞的機(jī)理,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)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(guò)程及生命過(guò)程的氧化還原機(jī)理,從而更有效地開(kāi)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(shí)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(dāng)?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(shí)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。基于此制備的化學(xué)修飾電極能夠催化還原過(guò)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(tái)。用紫外-可見(jiàn)光譜法和電化學(xué)交流阻抗對(duì)Hb/AB-BMIMPF6復(fù)合膜進(jìn)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(shí)該膜促進(jìn)了Hb與電極間電子的傳遞。該修飾電極對(duì)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(fù)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(shí)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(méi)有變性,能催化還原H2O2?；诖?構(gòu)建了一種無(wú)媒介體的新型過(guò)氧化氫傳感器。
　　(3)結(jié)合亞甲基藍(lán)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(shí)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(jiàn)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(lán)-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(shí)現(xiàn)了血紅蛋白在電極表面的直接電子傳遞。紫外-可見(jiàn)光譜實(shí)驗(yàn)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