基于雙巰基化合物和納米金固定生物分子的研究

1、<p>　　基于雙巰基化合物和納米金固定生物分子的研究</p><p>　　摘 要：利用自組裝方法，將雙巰基化合物通過形成金硫鍵修飾至金電極表面，再利用雙巰基化合物的另一個-SH基，吸附納米金顆粒形成納米金的膜。運用循環(huán)伏安法對此修飾電極進行研究。發(fā)現(xiàn)雙巰基化合物的最佳修飾時間為2小時；納米金的最佳修飾速度為6小時；當掃描速度為100mv/s時固定抗體抗原的效果最好；而抗體抗原濃度為1：4時固定效果最佳

2、。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：納米金 修飾電極 自組裝 循環(huán)伏安法 </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　自組裝單分子膜是使用含有各種活性官能團的分子，以化學鍵的形式與相應(yīng)的基底（如Au、Ag、Cu、Pt、Si等）相互作用從而形成的自組裝膜。目前研究最多的是巰基化合物在金電極表面的自組裝及應(yīng)用分析。由于金表面

3、無自然氧化膜，穩(wěn)定性好，而且與二硫化合物或硫醇形成的自組裝體系具有良好的穩(wěn)定性，因而以Au-S鍵為基礎(chǔ)的自組裝體系往往成為研究的首選體系。 </p><p>　　分子自組裝技術(shù)是80年代新興的、基于分子自組裝作用，在固體表面自然形成高度有序的分子層的方法。該技術(shù)具有制備方法簡單、膜結(jié)構(gòu)有序、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，提供了在分子水平上方便地構(gòu)造理想界面的手段，對實現(xiàn)優(yōu)良功能材料的分子設(shè)計具有指導(dǎo)作用，在生物仿生、生物傳感器

4、、潤滑、非線型光學等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，已成為當今學術(shù)界一項極有意義的研究課題。在眾多自組裝單分子膜種類中，硫醇類在金基底上的自組裝因具有成膜條件較易控制、有序性強、吸附雜質(zhì)少、選擇性高等特點成為了研究最多和最具代表性的體系，在基礎(chǔ)及應(yīng)用研究領(lǐng)域都受到廣泛重視。這些技術(shù)主要是針對自組裝單分子膜形成后穩(wěn)定狀態(tài)下結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的探識。但是只有了解和認識溶液中分子自組裝的動態(tài)的物理和化學過程，研究自組裝單分子膜有關(guān)的成膜過程的動態(tài)信息，才能

5、更好地選擇條件并控制膜的制備從而獲得高質(zhì)量自組裝單分子膜?？傊?，自組裝技術(shù)越來越顯示出其不可比擬的優(yōu)越性。自組裝技術(shù)提供了分子水平上方便構(gòu)造理想界面的手段，在潤滑、防腐、催化、刻蝕、電子得失反應(yīng)、分子器件、非線性光學眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，從而成為近年來界面化學與材料化學領(lǐng)域研究的特點。 </p><p>　　近年來，以納米粒子構(gòu)建各種納米結(jié)構(gòu)功能膜越來越受到人們的青睞。納米尺寸的金顆粒具有比表面積大、吸附力強

6、、生物相容性好等物理化學特性，它在材料學、電子學、生物醫(yī)療以及臨床診斷等研究領(lǐng)域均有重要作用。巰基自組裝膜是近年來發(fā)展的一種新型有機超薄膜，它基于硫原子與金屬的強相互作用，成膜容易，制備簡單，穩(wěn)定性和有序性高，而且分子另一端可以帶上不同的活性功能團以適用不同的修飾電極的要求。在免疫傳感器的研究中，金電極表面上以硫醇分子的自組裝應(yīng)用較多，其固定途徑主要是選擇合適的功能團的硫醇進行自組裝，然后通過活性功能團固定抗體來達到生物分子的固定。該文

7、結(jié)合近些年來發(fā)展的納米金技術(shù)，先在金電極的表面修飾一層雙巰基化合物，再通過納米金與雙巰基化合物中的另一巰基的共價鍵作用，組裝一層納米金。然后利用納米金比表面積大、對蛋白質(zhì)的強親和性實現(xiàn)羊抗人IgG抗體分子的固定。由于抗體自身帶有巰基，而巰基與金之間存在疏水相互作用和形成硫-金鍵，金納米顆粒具有良好的生物相容性及很強的表面吸附能力，由此形成的納米金層用于固定免疫組分及抗體和抗原的應(yīng)答反應(yīng)，因而用作免疫實驗中合適的傳感界面。其基本原理分成三

8、步：第一步金電極與</p><p><b>　　二、正文 </b></p><p>　　1.金電極的預(yù)處理 </p><p>　　將待修飾的金電極用5#金相砂紙打磨，然后用氧化鋁研磨膏在BAS拋光布上拋光成鏡面，在1：1硝酸溶液中浸泡30分鐘，最后用乙醇和二次蒸餾水各超聲清洗2次，每次2分鐘，即可得到表面清潔的裸金電極。將處理好的金電極浸入90

9、℃的Piranha溶液（由濃硫酸與雙氧水以7：3的比例制成）中10min進行活化處理。再分別用二次蒸餾水和無水乙醇超聲清洗2次（每次5min），處理后的電極浸入無水乙醇中備用。 </p><p>　　2.雙巰基化合物的修飾 </p><p>　　將處理好的電極浸入裝有雙巰基化合物溶液的微型塑料小試管中，置于低溫環(huán)境下，并且將此裝置與周圍環(huán)境隔離。（因為雙巰基化合物易揮發(fā)影響修飾的效果）浸泡

10、2個小時后，取出用二次蒸餾水清洗干凈，再在水中超聲10秒，除去物理吸附的雙巰基化合物分子，晾干后即可得到雙巰基化合物分子層修飾的金電極。 </p><p>　　3.雙巰基化合物結(jié)合納米金的修飾 </p><p>　　將組裝了雙巰基化合物的金電極浸入裝有納米金溶液微型塑料小試管中，置于低溫環(huán)境下，并且將此裝置與周圍環(huán)境隔離。浸泡大概6小時后，取出用二次蒸餾水清洗干凈，再在水中超聲10秒，除去

11、物理吸附的納米金溶液，晾干后即可得到雙巰基化合物結(jié)合納米金的修飾電極。 </p><p>　　4.修飾雙巰基化合物最佳時間的確定 </p><p>　　用電子天平稱取K3Fe（CN）61.6463g，K4Fe（CN）62.1119g放入一清洗干凈的50mL小燒杯中加入少量蒸餾水攪拌溶解，然后放置500mL容量瓶中，沖洗玻璃棒與小燒杯一兩次然后定容至刻度線即配制成電解質(zhì)溶液500mL，兩物質(zhì)

12、的濃度都為0.1mol/L。在此電解質(zhì)溶液中插入三電極體系，接通電路后，在100mv/s的掃速下，電位范圍-0.6～0.9v之間進行循環(huán)掃描，直至得到穩(wěn)定重現(xiàn)的循環(huán)伏安圖，達到活化電極表面的效果，記下陽極峰電流值。 </p><p>　　5.改變修飾雙巰基化合物時間參數(shù) </p><p>　　按照上述金電極上雙巰基化合物的修飾方法修飾雙巰基化合物，要求改變修飾的時間2h、4h、6h、8h、

13、10h。而固定納米金的修飾時間2h（此時間為任意選擇的，但要求大于等于兩小時）。記下五次修飾完納米金后的循環(huán)伏安圖，并且觀察峰電流的變化情況。（每做完一次全過程的修飾后都必須將電極清洗干凈） 　　6.修飾納米金最佳時間的確定 </p><p>　　在配制好的電解質(zhì)溶液中，插入三電極體系（金電極必須用Piranha溶液清洗干凈），接通電路后，在-0.6～0.9v之間進行循環(huán)掃描，記下峰電流值，觀察電極是否清洗干凈

14、。然后修飾雙巰基化合物，其時間即為最佳雙巰基化合物的修飾時間。修飾完雙巰基化合物之后，變化納米金的修飾時間2h、4h、6h、8h、10h。記下五次修飾完納米金后的循環(huán)伏安圖，并記下峰電流的變化情況以及峰電流最高時納米金的組裝時間。（每做完一次全過程的修飾后都必須將電極清洗干凈） </p><p>　　7.抗體的包被與最佳抗體濃度的選擇 </p><p>　　在1mg抗體中，加入1mLPBS

15、溶液（4gNaCl、0.1gKCl、0.72gNa2HPO4、0.12gKH2PO4混合溶解加水稀釋至500mL，調(diào)PH值為7）制成抗體溶液。然后用微量進樣器取出5uL抗體放入一微型的小試管中，再用微量進樣器吸取5uL蒸餾水與抗體混合配成1：1的抗體溶液。在修飾了雙巰基化合物與納米金的金電極表面上，滴上1：1的抗體溶液。在室溫下固定大概40min以后，將其用蒸餾水清洗干凈，然后以PBS溶液作為電解質(zhì)測循環(huán)伏安圖。同理配制1：2、1：3、

16、1：4、1：5四個濃度的抗體溶液，并測循環(huán)伏安圖。觀察出現(xiàn)最高峰時抗體的濃度。（此濃度就為最佳抗體濃度） </p><p>　　8.最佳掃描速度的選擇 </p><p>　　以金電極為工作電極，依次修飾雙巰基化合物（2小時）、納米金（6小時）、抗體濃度為1：4、包被抗體30min后，在PBS溶液中，當掃速從50mv/s～100mv/s改變時，峰電流與掃速呈線性關(guān)系，但當掃速超過100mv/

17、s時掃描圖形極其不穩(wěn)定性并且可能出現(xiàn)無響應(yīng)情況。 </p><p><b>　　9.抗原的包被 </b></p><p>　　將電極清洗干凈后，用最佳修飾雙巰基化合物的時間修飾好雙巰基化合物，然后用最佳納米金修飾時間固定好納米金。接著配制最佳濃度的抗體包被在此電極上，再滴上與抗體濃度相同的抗原溶液，測其最終循環(huán)伏安圖。 </p><p><

18、;b>　　三、結(jié)論 </b></p><p>　　利用自組裝技術(shù)將雙巰基化合物與納米金修飾在金電極表面制成良好的自組裝膜修飾電極，并將其用于抗體抗原的研究。研究表明，在0.1mol/L的鐵氰化鉀與亞鐵氰化鉀溶液中，當雙巰基化合物的修飾時間為2小時、納米金的修飾時間為6小時、在100mv/s的掃描速度下，獲得最佳的電極響應(yīng)效果。制成的自組裝電極在0.1mol/LPBS溶液中固定的抗體濃度（抗體質(zhì)量

19、對蒸餾水體積）為1：4時，固定效果達到最佳。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]唐平等。鄰氨基酚在硫堇分子自組裝膜修飾金電極上的電化學行為及其測定﹝J﹞分析科學學報，2002，18（4）：269～272. </p><p>　　[2] 孫偉等。巰基乙酸自組裝膜修飾金電極的制備與電化學表征﹝J﹞青島科技大

20、學學報，2005，26（3）：189～192. </p><p>　　[3] 桂學琴等。混合自組裝層納米金修飾電極制備及電化學行為﹝J﹞安徽大學學報，2006，30（5）：69～73. </p><p>　　[4] 龍姝等?；趲€基化合物和納米金自組裝技術(shù)固定化方法的研究﹝J﹞湖南大學化學化工學院，2003，23（1）：17～25. </p><p>　　[5] 方