功能化聚吡咯修飾電極對蛋白質(zhì)電化學(xué)行為研究[畢業(yè)設(shè)計(jì)]

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p>　　功能化聚吡咯修飾電極對蛋白質(zhì)電化學(xué)行為研究 </p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 環(huán)境工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　摘要: 以固定在玻碳電極（G

3、CE）上的多壁碳納米管（MWCNTs）為基底,利用循環(huán)伏安法對含有十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和吡咯單體的鹽酸溶液進(jìn)行電化學(xué)聚合，形成摻雜CTAB的聚吡咯(PPy)/MWCNTs修飾的玻碳電極（CTAB-PPy/MWCNTs/GCE）。再將辣根過氧化物酶（HRP）固定于修飾電極上，研究蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 多壁碳納米管；聚吡咯；辣根過氧化物酶；電聚合；過氧化氫</p>

4、<p>　　Abstract: Based on the Fixed multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on glassy carbon electrode, Hydrochloric acid solution which conteined Hexadecyl trimethyl ammonium Bromide（CTAB）and pyrrole was electropol

5、ymerized by cyclic voltammetry method to form CTAB-doped PPy/MWCNTs modified GCE(CTAB-PPy/MWCNTs/GCE).Then immobilized Horseradish Peroxidase (HRP) on the modified electrode, and finally investigated the direct electroch

6、emistry of protein.</p><p>　　Keywords: Multi-walled carbon nanotubes; polypyrrole; Horseradish Peroxidase; electropolymerization; H2O2</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&

7、gt;　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　AbstractⅡ</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 導(dǎo)電高分子材料1</p><p>　　1.2 聚吡咯1</p><p>　　1.2.1 聚吡咯的性質(zhì)1</p>

8、<p>　　1.2.2 聚吡咯的制備方法1</p><p>　　1.3 聚吡咯功能化2</p><p>　　1.3.1 聚吡咯功能性單體共聚2</p><p>　　1.3.2 與其他聚合物的復(fù)合3</p><p>　　1.3.3 PPy/ 無機(jī)粒子3</p><p>　　1.4 蛋白質(zhì)直接電化學(xué)研究

9、4</p><p>　　1.4.1 生物膜和生物模擬膜電極構(gòu)筑及蛋白質(zhì)/酶直接電化學(xué)4</p><p>　　1.4.2 基于納米粒子組裝體系的蛋白質(zhì)/酶直接電化學(xué)4</p><p>　　1.4.3 基于碳納米管組裝體的蛋白質(zhì)/酶直接電化學(xué)4</p><p>　　1.5 辣根過氧化物酶(HRP)5</p><

10、;p>　　1.6 本課題的意義5</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分6</b></p><p>　　2.1 儀器和試劑6</p><p>　　2.1.1 儀器6</p><p>　　2.1.2 試劑7</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)方法7</p>

11、<p>　　2.2.1 多壁碳納米管修飾玻碳電極（MWCNTs/GCE）的制備7</p><p>　　2.2．2 摻雜CTAB的聚吡咯多壁碳納米管修飾電極的制備7</p><p>　　2.2.3 固定化HRP于CTAB-PPy/MWCNTs/GCE表面7</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析8</p><p>　

12、　3.1 多壁碳納米管羧基功能化8</p><p>　　3.2摻雜CTAB的聚吡咯多壁碳納米管修飾電極的制備9</p><p>　　3.3 HRP-CTAB-PPy-MWCNTs修飾GCE對H202的響應(yīng)10</p><p><b>　　4 結(jié)論12</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。&

13、lt;/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 導(dǎo)電高分子材料</p><p>　　自從摻雜聚乙炔呈現(xiàn)金屬導(dǎo)電特性以來，新型交叉研究領(lǐng)域——導(dǎo)電高分子誕生了。導(dǎo)電高分子材料可以分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料是高分子本身的結(jié)構(gòu)具有一定的導(dǎo)電性能，或者經(jīng)過一定的摻雜處理后具有導(dǎo)電功能的材料，例如聚乙炔、

14、聚苯胺等。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是由高分子基質(zhì)與具有導(dǎo)電性能的材料通過各種復(fù)合方法形成的導(dǎo)電材料，復(fù)合材料中聚合物本身沒有導(dǎo)電性能，起導(dǎo)電作用的是聚合物中添加的導(dǎo)電物質(zhì)，例如炭黑、金屬粉等。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料是由具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)摻雜，使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體或半導(dǎo)體的一類高分子材料，包括本征態(tài)導(dǎo)電高分子材料和摻雜態(tài)導(dǎo)電高分子材料。導(dǎo)電高分子材料無需添加無機(jī)導(dǎo)電材料即可導(dǎo)電，且π電子的成鍵與反鍵能帶之間能隙?。‥g=1

15、.5～4.2 eV），接近于無機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶－價(jià)帶能隙。本征態(tài)導(dǎo)電高分子材料不僅由于發(fā)生P型摻雜（失去電子）或N型摻雜（得到電子）而形成摻雜態(tài)導(dǎo)電高分子材料，而且具有分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、原料來源廣、易加工、密度小的特點(diǎn)，其室溫電導(dǎo)率可在絕緣體-半導(dǎo)體-金屬導(dǎo)體范圍內(nèi)變化。[1]</p><p><b>　　1.2 聚吡咯</b></p><p>　　聚吡咯不僅具有優(yōu)異的

16、電性能和電化學(xué)性能，而且具有合成容易、價(jià)格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)勢，被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的電子導(dǎo)電高分子（ECP）材料[2]。</p><p>　　1.2.1 聚吡咯的性質(zhì)</p><p>　　聚吡咯由于具有典型的剛性共軛大π鍵結(jié)構(gòu)(圖1) 而表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性,并且具有電導(dǎo)率可調(diào)、易合成且質(zhì)輕等諸多為金屬導(dǎo)電材料所無法比擬的優(yōu)點(diǎn),在二次電池、防靜電與電磁屏蔽、傳感器、電致變色材料等

17、多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,是導(dǎo)電高分子研發(fā)領(lǐng)域中最受關(guān)注的方向之一。[3]</p><p>　　圖1聚吡咯(PPY) 的共軛大π鍵結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2.2 聚吡咯的制備方法</p><p>　　吡咯單體是一種C,N五元雜環(huán)分子,室溫下為無色油狀液體,沸點(diǎn)129. 8 ℃,密度0. 97 g/cm3 .,微溶于水,無毒,在電場或氧化劑的作用下易被氧化,

18、進(jìn)而發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子聚合物。目前,聚吡咯膜的制備主要有化學(xué)氧化法和電化學(xué)氧化法兩種。通常,化學(xué)氧化法制備工藝簡單易操作,成本較低,適于大批量生產(chǎn),但得到的聚吡咯一般為粉末樣品,加工成型困難;而電化學(xué)氧化法則可直接得到導(dǎo)電聚吡咯薄膜。[4]</p><p>　　吡咯單體在CH3CN /NaClO4 溶液中的半波氧化電勢+0.76 V(相對Ag/Ag+ ) ,在液相中易被氧化?；瘜W(xué)氧化法是在一定的反應(yīng)介質(zhì)中加入

19、特定的氧化劑,使得單體在反應(yīng)中直接生成聚合物并同時(shí)完成摻雜過程,與電化學(xué)的摻雜不同,因?yàn)槠渲屑尤肓藘煞N物質(zhì),并且這些物質(zhì)進(jìn)入了聚合物的主鏈,對聚合物的電化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了非常重要的影響。常用的氧化劑有(NH4)2S2O8, FeCl3 , H2O2 , K2Cr2O7 , KIO3等。介質(zhì)常選用水、乙醚、乙腈、酸溶液等。研究表明表面活性劑的加入可提高聚吡咯的導(dǎo)電性,還可增加聚吡咯的產(chǎn)量。制備過程中,除表面活性劑的加入之外,單體的濃度、氧化劑

20、的性質(zhì)、氧化劑與單體濃度的比例、聚合溫度、聚合氣氛、摻雜劑的性質(zhì)以及摻雜程度等因素都會(huì)影響導(dǎo)電聚合物的物理和化學(xué)性質(zhì)。</p><p>　　聚吡咯的電化學(xué)合成通常采用傳統(tǒng)三電極體系,電解質(zhì)溶液是含吡咯單體和對陰離子的有機(jī)或水相溶液。采用恒電流、恒電位或循環(huán)伏安法進(jìn)行電解,使單體在電極表面由電氧化引發(fā)生成聚吡咯薄膜。電化學(xué)氧化法是通過控制電化學(xué)氧化聚合條件(含吡咯單體的電解液、支持電解質(zhì)和溶劑、聚合電位/電流和溫度

21、等) ,在電極上沉積為導(dǎo)電聚吡咯薄膜。電化學(xué)聚合的電極可以是各種惰性金屬電極(如鉑、金、不銹鋼、鎳等)及導(dǎo)電玻璃、石墨和玻炭電極等。電極體系不同,摻雜劑不同,聚合電流或電壓也有差異。能夠進(jìn)行摻雜的對陰離子可以是無機(jī)陰離子、有機(jī)陰離子,也可以是聚電解質(zhì)等大分子,如硝酸根、氯離子、硫酸根、四氟硼酸根、對甲苯磺酸鹽、蒽醌磺酸、苯碘酸、聚苯乙烯磺酸鹽、聚乙烯硫酸鹽、聚乙烯醇等。因摻雜陰離子種類的不同,聚吡咯的電導(dǎo)率往往可以相差若干個(gè)數(shù)量級。&l

22、t;/p><p>　　1.3 聚吡咯功能化</p><p>　　1.3.1 聚吡咯功能性單體共聚</p><p>　　通過合成吡咯與功能性吡咯單體，并進(jìn)行共聚合，是制備導(dǎo)電聚吡咯共聚物最常用的方法．一方面聚合物材料的導(dǎo)電性能不受吡咯單體存在的影響：另一方面聚合物材料因功能性吡咯單體的引入而富含各種功能基團(tuán)，如羧基、羥基和氨基等，繼而增加了蛋白質(zhì)在材料基底表面固定的方

23、式。張治紅等采用氧化聚合法分別合成了吡略與功能性吡咯衍生物的導(dǎo)電共聚物poly(Py-co-PyHA)和poly(Py-co—PyCA)薄膜．隨著功能性吡咯單體比例f體積比)的增加，功能性基團(tuán)在兩種共聚物中的含量也隨著增大．兩種共聚物薄膜均具有一定的電化學(xué)活性，但與聚吡咯薄膜相比，其電化學(xué)活性有所降低，但通過其他檢測手段發(fā)現(xiàn)通過改變反應(yīng)單體的比例，可以調(diào)整共聚物的化學(xué)組成 制備出對蛋白質(zhì)吸附程度不同的功能性導(dǎo)電聚吡咯共聚物薄膜，進(jìn)而有望

24、開發(fā)出更加敏感可控的蛋白質(zhì)芯片。[4]</p><p>　　1.3.2 與其他聚合物的復(fù)合</p><p>　　這一類主要因?yàn)榫圻量┎蝗懿蝗?并且一般方法制備的導(dǎo)電聚吡咯力學(xué)性能較差,這限制了它的應(yīng)用。如能將它的導(dǎo)電性與尼龍等聚合物的高柔韌性和高力學(xué)性能相結(jié)合,將可得到廣泛應(yīng)用。門吉英，鄧小燕等人通過乳液聚合法制備導(dǎo)電性聚吡咯/聚乳酸(PPy/PLA)復(fù)合膜。掃描電鏡觀察表明,復(fù)合膜中的

25、聚吡咯粒子形成連續(xù)的小或分散在可生物降解的聚乳酸骨架中,紅外光譜檢測顯示有PPy和PLA的典型吸收峰。復(fù)合膜電導(dǎo)率衰減緩慢,導(dǎo)電性穩(wěn)定,在560h～1146h電流持續(xù)保持在28μA～35μA之間。掃描電鏡顯示原代培養(yǎng)的成骨細(xì)胞能在導(dǎo)電性PPy/PLA復(fù)合膜上很好地粘附和鋪展,說明復(fù)合膜具有良好的細(xì)胞相容性[5]。宋詩穩(wěn), 于浩等以碳納米管修飾的復(fù)合陶瓷碳電極為基礎(chǔ)電極, 采用循環(huán)伏安法制備了PPy/HCF 復(fù)合膜研究了該修飾電極的電化學(xué)

26、性質(zhì)及對NO2- 的電催化活性。結(jié)果表明, 該復(fù)合膜與碳納米管的協(xié)同催化使修飾電極對亞硝酸根的還原表現(xiàn)出了良好的電催化活性, 據(jù)此建了測定NO2- 的新方法,并用于模擬水樣中NO2含量的測定。[6]中科院化學(xué)有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室研究了導(dǎo)電聚吡咯/尼龍復(fù)合膜的制備，研究表明復(fù)合PPy 后使</p><p>　　1.3.3 PPy/無機(jī)粒子</p><p>　　復(fù)合材料不但具有PPy的電學(xué)、磁學(xué)以

27、及光學(xué)性能,而且還具有良好的成膜及加工性能,表現(xiàn)出了傳統(tǒng)的導(dǎo)體、半導(dǎo)體、鐵磁體等的功能,而且具有傳統(tǒng)材料所不具備的某些特性。</p><p>　　導(dǎo)電聚合物與無機(jī)磁性粒子的復(fù)合,會(huì)兼有導(dǎo)電聚合物和無機(jī)磁性粒子各自的優(yōu)點(diǎn),在電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和磁學(xué)等方面賦予復(fù)合材料新的特點(diǎn),如密度小和良好的加工性能等,且其在電池、電化學(xué)顯示裝置、電磁屏蔽和微波吸收材料等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值,從而引起廣泛關(guān)注。目前,有多種方法制備P

28、Py/無機(jī)磁性粒子納米復(fù)合材料,復(fù)合的磁性無機(jī)粒子主要包括Fe3O4 、Fe2O3 、M 型鋇鐵氧體和鐵酸鹽等。[9]</p><p>　　金屬氧化物具有良好的半導(dǎo)體性質(zhì), 如MoO3 、SnO2 、Y2 O3 、Sb2 O6 、PbO2 、TiO2 、MnO2 、ZrO2 和納米A12O3 等。將其與納米PPy 復(fù)合可以制備出具有良好光電性質(zhì)的新型復(fù)合材料。用炭黑吸附化學(xué)氧化聚合法制備了PPy/導(dǎo)電炭黑復(fù)合材料

29、。導(dǎo)電炭黑的加入不僅提高了材料的電導(dǎo)率( 由原來的6.52 S/cm 增加至13.42 S/cm ,而且提高了材料的堆積密度, 改善了PPy的顆粒形態(tài)和制膜加工性能[10]。</p><p>　　1.4 蛋白質(zhì)直接電化學(xué)研究</p><p>　　蛋白質(zhì)直接電化學(xué)為揭示蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系提供了一條有效途徑,也為進(jìn)行蛋白質(zhì)電子傳遞過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的方法,已經(jīng)成為

30、制備新一代電化學(xué)生物傳感器領(lǐng)域的重要手段。蛋白質(zhì)在材料表面吸附的研究是發(fā)展先進(jìn)生物芯片、生物傳感器、生物反應(yīng)器, 以及一些新型診斷技術(shù)的基礎(chǔ)[11]，目前, 蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)在金屬、金屬氧化物、金屬納米粒子、單分子層膜、以及高聚物上的吸附被廣泛研究。[12]</p><p>　　1.4.1 生物膜和生物模擬膜電極構(gòu)筑及蛋白質(zhì)/酶直接電化學(xué)</p><p>　　在生命體內(nèi)，類脂雙分子層構(gòu)

31、成生物膜的基本結(jié)構(gòu)單元。類脂具有典型的雙親結(jié)構(gòu)。即疏水的碳?xì)溟L鏈和親水的極性基團(tuán)．蛋白質(zhì)就吸附在生物膜表面或嵌入其內(nèi)部。我們知道，生物體內(nèi)很多電子傳遞蛋白都是膜蛋白，表明生物膜環(huán)境有利于蛋白質(zhì)的電子傳遞。蛋白質(zhì)在模擬生物膜微環(huán)境中的電化學(xué)行為，很可能更接近于其在生命體內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移過程。</p><p>　　1.4.2 基于納米粒子組裝體系的蛋白質(zhì)/酶直接電化學(xué)</p><p>　　隨著納

32、米材料的誕生和納米科技的發(fā)展．納米材料所具有的獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)為生物電化學(xué)的研究提供了一條嶄新的途徑。由于氧化還原蛋白質(zhì)/酶很難實(shí)現(xiàn)在裸露固體電極上的直接電子傳遞，很大程度上限制了新型無媒介體生物傳感器和生物燃料電池的研制。而納米粒子由于其小尺寸、大的比表面積而具有獨(dú)特的電子、光學(xué)和異相催化等特性及其納米粒子本身的生物相容性為該研究注入了新活力。[13]</p><p>　　1.4.3 基于碳納米管組裝體的蛋白

33、質(zhì)／酶直接電化學(xué)</p><p>　　自從上世紀(jì)90年代初Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來．由于其具有尺寸小，比表面積大，吸附性能強(qiáng)．電導(dǎo)率高，機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異的物理化學(xué)性能．因此在工程材料、催化、吸附一分離、儲(chǔ)能器件、燃料電池等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來，碳納米管在生物電化學(xué)領(lǐng)域的研究受到廣泛關(guān)注。碳納米管依據(jù)其原子結(jié)構(gòu)不同，將表現(xiàn)為金屬或半導(dǎo)體，這種獨(dú)特的電子特性使得它制成電極時(shí)能促進(jìn)電子的傳遞．并且碳納米管

34、具有導(dǎo)電性和完整的表面結(jié)構(gòu)。因而它將是一種良好的電極材料。另外，利用碳納米管對電極表面進(jìn)行修飾時(shí)，將其材料本身的物化特性(如大比表面積，表面易修飾功能化等)引入電極界面，從而對某些特定物質(zhì)產(chǎn)生特有的電催化效應(yīng)?；谔技{米管這些獨(dú)特的電子和結(jié)構(gòu)性質(zhì)也決定了其在蛋白質(zhì)直接電子轉(zhuǎn)移的研究中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　1.5 辣根過氧化物酶(HRP)</p><p>　　辣根過氧化

35、物酶(HRP)是一種蛋白質(zhì)，其比活性高，穩(wěn)定，分子量小，純酶容易制備，所以最常用。HRP廣泛分布于植物界，辣根中含量高，它是由無色的酶蛋白和棕色的鐵卟啉結(jié)合而成的糖蛋白，糖含量18 %。HRP由多個(gè)同功酶組成，分子量為40,000,等電點(diǎn)為PH 3～9,酶催化的最適PH因供氫體不同而稍有差異，但多在pH5左右。酶溶于水和58％以下飽和度硫酸銨溶液。HRP的輔基和酶蛋白最大吸收光譜分別為403 nm和275 nm，一般以O(shè)D 403 nm

36、/OD 275 nm的比值RZ表示酶的純度。高純度的酶RZ值應(yīng)在3.0左右(最高可達(dá)3.4)。RZ值越小，非酶蛋白就越多。</p><p>　　電流型過氧化氫生物傳感器通過辣根過氧化物酶(HRP)來催化底物在電極上反應(yīng)產(chǎn)生電流響應(yīng)來檢測H2O2。葡萄糖、酒精、谷氨酸、膽固醇等通過酶促反應(yīng)產(chǎn)生的過氧化氫也可以用過氧化氫生物傳感器進(jìn)行檢測，因此，過氧化氫生物傳感器在化學(xué)分析、生物分析、醫(yī)藥、臨床、環(huán)境等領(lǐng)域中具有重要

37、的研究意義[14]。一般來說，HRP作為生物傳感器的識(shí)別分子很難在電極上直接得失電子，通常需要在HRP和電極之間使用電子媒介體來轉(zhuǎn)移電子，因此，HRP在較低的電位下即能比較容易地催發(fā)H2O2在電極上反應(yīng)，降低了溶液中其它電活性物質(zhì)如抗壞血酸、尿酸等的干擾。目前，采用不同的電子媒介體的電流型生物傳感器用于檢測H2O2的文獻(xiàn)已有報(bào)道，如張國榮等將水溶性的中性紅(NR)經(jīng)電聚合修飾在浸臘石墨電極表面制成的辣根過氧化物酶生物傳感器[15]，孫康

38、等以Nafion膜固定的新亞甲基藍(lán)為辣根過氧化物酶和玻碳電極間的電子傳遞介體，制成電流型單酶過氧化氫生物傳感器[16]，韓樹波等利用體環(huán)糊精聚合物及β-CDP與亞甲基藍(lán)問的超分子作用及β-CDP與戊二醛間的縮聚作用，將介體和酶共同固定在電極上[17]。這類生物傳感器具有檢測靈敏度高、檢測</p><p>　　1.6 本課題的意義</p><p>　　研究氧化還原蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)可以提供能

39、量轉(zhuǎn)換和代謝過程的生命信息，對闡述生物能量傳遞具有重要的意義，同時(shí)為揭示蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系提供了一條有效途徑，也為進(jìn)行蛋白質(zhì)電子傳遞過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的方法。蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)廣泛存在于荷電界面上，如生物膜就是一種荷電界面。電極作為一種研究荷電界面的模型系統(tǒng)，有助于我們深入了解蛋白質(zhì)在生物膜中發(fā)生電子傳遞的分子機(jī)制。其研究，首先，可以方便地獲得蛋白質(zhì)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，有助于深入了解蛋白質(zhì)電子傳遞過程；其次，

40、由于蛋白質(zhì)直接電化學(xué)涉及界面專一性、界面相容性和蛋白質(zhì)的變性問題等，因此在研究過程中可以得到很多關(guān)于生物大分子界面問題的啟示，進(jìn)而模擬生物體內(nèi)的電子傳遞過程；再次，從應(yīng)用角度，這項(xiàng)研究把電極與生物大分子聯(lián)系起來，可以獲得一種專一的電催化模式，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高選擇性的分子傳感。</p><p>　　本課題以固定在玻碳電極（GCE）上的多壁碳納米管（MWCNTs）為基底,利用循環(huán)伏安法對含有十六烷基三甲基溴化銨（C

41、TAB）和吡咯單體的鹽酸溶液進(jìn)行電化學(xué)聚合，形成摻雜CTAB的聚吡咯(PPy)/MWCNTs修飾的玻碳電極（CTAB-PPy/MWCNTs/GCE）。再將辣根過氧化物酶（HRP）固定于修飾電極上，研究蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　2.1 儀器和試劑</p><p><b&g

42、t;　　2.1.1 儀器</b></p><p>　　用KQ3200型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）進(jìn)行超聲；用Anke TGL-16C離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）進(jìn)行離心洗滌；用DZX—1型（6050B)真空干燥箱（上海福瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）進(jìn)行真空干燥；用JSM-6360LV掃描電子顯微鏡(SEM)觀察其形貌；用CHI660A電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)進(jìn)行電化學(xué)測試；所用三電極系統(tǒng)

43、均采用修飾玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲電極為對電極． </p><p><b>　　2.1.2 試劑</b></p><p>　　吡咯單體購自高純度有機(jī)化學(xué)品供應(yīng)商；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；HCl購自衢州巨化試劑有限公司；H2O2購自浙江臨安青山化工試劑廠；辣根過氧化物酶購自南京博全科技有限公司。實(shí)驗(yàn)中所用試

44、劑均為分析純級別，所用水均為二次蒸餾水。</p><p><b>　　2.2 實(shí)驗(yàn)方法</b></p><p>　　2.2.1 多壁碳納米管修飾玻碳電極（MWCNTs/GCE）的制備</p><p>　　稱量0.05 g MWCNTs，加入24 mL混酸中（V HNO3:V H2SO4=1:2）超聲4 h，離心洗滌至中性，60℃下真空干燥至

45、恒重得黑色粉末狀的羧基化的MWCNTs。稱量一定量的羧基化的MWCNTs將其分散于一定量水中使其濃度為1 mg/mL，然后在超聲1h后得黑色均一溶液。</p><p>　　將直徑為3 mm的玻碳電極在砂紙上打磨，再分別用0.3和0.05 μm α-Al2O3 (Buehler)懸濁液在麂皮上作進(jìn)一步拋光處理，然后依次用體積比為1:1的HNO3水溶液、丙酮和二次蒸餾水超聲清洗3～5 min，得到光潔平滑新鮮的電極表

46、面。</p><p>　　移取5 μL已經(jīng)分散好的MWCNTs滴涂于GCE表面，在室溫下晾干，即得MWCNTs/GCE。</p><p>　　2.2．2 摻雜CTAB的聚吡咯多壁碳納米管修飾電極的制備</p><p>　　將MWCNTs/GCE作為工作電極，在含有吡咯1.5×10-2 M,0.1 M CTAB ,1.0 M HCl的電解液中，采用循環(huán)伏安

47、法掃描30圈，掃描電位為-0.6 V～+1 V,掃描速度為100 mV/s。將掃描完畢后的工作電極取出，用蒸餾水沖洗干凈，在室溫下晾干，得CTAB-PPy/MWCNTs修飾的玻碳電極，即CTAB-PPy/MWCNTs/GCE。</p><p>　　2.2.3 固定化HRP于CTAB-PPy/MWCNTs/GCE表面</p><p>　　將0.5 g HRP分散于0.5 ml水中得1 mg

48、/ml的HRP水溶液，移取5 μL滴涂在CTAB-PPy/MWCNTs/GCE表面，在4 ℃時(shí)晾干，再在上面滴涂5 μL殼聚糖膠。在室溫條件下晾干即得HRP-CTAB-ppy-MWCNTs修飾GCE。</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</p><p>　　3.1 多壁碳納米管羧基功能化</p><p>　　由于碳納米管在水和常見有機(jī)溶劑中的不溶性及其特殊的化

49、學(xué)穩(wěn)定性，使其應(yīng)用受到很大的</p><p>　　圖2 碳納米管羧基功能化的SEM圖</p><p>　　限制，所以對碳納米管進(jìn)行功能化以改善其溶解性，增強(qiáng)其化學(xué)活性。圖2顯示了功能化的MWCNTs的掃描電鏡圖。從圖上可以看出，羧基功能化后的碳納米管仍然能夠保持其原來的完整性。</p><p>　　3.2摻雜CTAB的聚吡咯多壁碳納米管修飾電極的制備</p&g

50、t;<p>　　多壁碳納米管是由多層石墨卷集而成，它在一定尺寸范圍內(nèi)具有導(dǎo)體及半導(dǎo)體特性、高的機(jī)械強(qiáng)度。由于它具有導(dǎo)電性和完整的表面結(jié)構(gòu)，因而它是一種良好的電極材料。圖3為分別裸玻碳電極（a）與MWCNTs修飾玻碳電極（b）采用循環(huán)伏安法，在含有吡咯1.5×10-2 M,0.1 M CTAB ,1.0 M HCl的電解液中，采用循環(huán)伏安法掃描30圈，掃描電位為-0.6 V～+1 V,掃描速度為100 mV/s得

51、到的循環(huán)伏安圖。從圖上可以看出，與裸玻碳電極相比較，MWCNTs修飾玻碳電極在吡咯單體聚合時(shí)，在+0.6 V時(shí)具有一個(gè)明顯的氧化峰，且峰電流較裸玻碳電極大很多。隨著掃描圈數(shù)增加，峰電位稍向負(fù)方向移動(dòng)，峰電流逐漸增加，說明通過電化學(xué)聚合方法已經(jīng)使吡咯單體電聚合到MWCNTs修飾的玻碳電極表面，即形成摻雜CTAB的聚吡咯多壁碳納米管修飾電極。當(dāng)掃描圈數(shù)為14圈以后峰電流幾乎不發(fā)生變化，說明聚吡咯在電極表面已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)。通過與裸玻碳電極對

52、比，說明碳管修飾電極的表面結(jié)構(gòu)更接近于理想狀態(tài)，由于納米碳管的多孔性及較小的二維結(jié)構(gòu)為溶劑提供了一個(gè)良好的潤濕環(huán)境，從而形成了一個(gè)較好的電極/溶液界面，導(dǎo)致電子</p><p>　　圖3 裸玻碳電極（a）與MWCNTs修飾的玻碳電極（b）對吡咯電聚合的循環(huán)伏安圖</p><p>　　3.3 HRP-CTAB-PPy-MWCNTs修飾GCE對H202的響應(yīng)</p><

53、p>　　將0.5 g HRP分散于0.5 ml水中得1 mg/ml的HRP水溶液，移取 5μL滴涂在CTAB-PPy/MWCNTs/GCE表面，在4℃時(shí)晾干，再在上面滴涂5 μL殼聚糖膠。在室溫條件下晾干即得HRP-CTAB-ppy-MWCNTs-GCE。利用HRP-CTAB-ppy-MWCNTs修飾GCE，在5 ml 0.1 M pH 7.04 的PBS中分別加入50 μL、100 μL、150 μL、200 μL、300 μ

54、L的1 mM H2O2，采用循環(huán)伏安法得到的循環(huán)伏安圖（如圖4所示）。從圖上可以看出，在圖中出現(xiàn)的峰為HRP催化H2O2對應(yīng)的氧化還原峰。說明采用CTAB-PPy-MWCNTs-GCE能夠?qū)崿F(xiàn)HRP的直接電化學(xué)，摻雜CTAB的聚吡咯功能化材料能夠保持蛋白質(zhì)的活性，能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)的電子傳遞。隨著H2O2濃度的增加，得到的循環(huán)伏安圖分峰，且氧化電流和還原電流均線性增加。說明采用HRP-CTAB-PPy-MWCNTs-GCE可以構(gòu)建H2O2電

55、流型傳感器，從而實(shí)現(xiàn)H2O2濃度的檢測。但由于得到的循環(huán)伏安圖上氧化峰和還原峰不是很明顯，所以對于過氧化氫的檢測靈敏度要低。</p><p>　　圖4 HRP-CTAB-ppy-MWCNTs-GCE電極分別在含有50(a)，100 (b)，150 (c)，200 (d) 和300μL（e）1 mM H2O2的0.1 M pH 7.0 4 PBS中的循環(huán)伏安圖。掃速：100 mV/ s</p><

56、;p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　本文采以固定在玻碳電極的多壁碳納米管（MWCNTs）為基底,利用循環(huán)伏安法對含有十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和吡咯單體的鹽酸溶液進(jìn)行電化學(xué)聚合，形成摻雜CTAB的聚吡咯(PPy)/MWCNTs修飾的玻碳電極（CTAB-PPy/MWCNTs/GCE）。再將辣根過氧化物酶（HRP）固定于修飾電極上，研究蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)。采用C

57、TAB-PPy-MWCNTs-GCE能夠?qū)崿F(xiàn)HRP的直接電化學(xué)，采用摻雜CTAB的聚吡咯功能化材料能夠保持蛋白質(zhì)的活性，能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)的電子傳遞。采用HRP-CTAB-PPy-MWCNTs-GCE可以構(gòu)建H2O2電流型傳感器，從而實(shí)現(xiàn)H2O2濃度的檢測，但由于得到的循環(huán)伏安圖上氧化峰和還原峰不是很明顯，所以對于過氧化氫的檢測靈敏度要低。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></

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