基于貴金屬納米與納米合金材料的生理活性物質(zhì)的電化學(xué)分析.pdf

1、納米技術(shù)和生物技術(shù)是21世紀(jì)的兩大領(lǐng)先技術(shù)，在這兩者之間存在著許多技術(shù)交叉。其中，納米生物傳感技術(shù)是非常具有前景的研究領(lǐng)域。自從1967年第一支葡萄糖傳感器誕生以來(lái)，生物傳感技術(shù)已成為一前沿技術(shù)，它是一個(gè)由化學(xué)、生物、材料、醫(yī)學(xué)、物理、電子技術(shù)等多種學(xué)科相互結(jié)合形成的新的研究領(lǐng)域。生物傳感器具有選擇性高、分析速度快、操作簡(jiǎn)易和儀器價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，并可進(jìn)行在線甚至活體分析，在臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域得到了高度重視和廣泛應(yīng)用。

2、
　　 納米生物傳感技術(shù)正處于起步階段，還有許多的問(wèn)題需要研究，尤其是在生物等復(fù)雜體系中應(yīng)用時(shí)仍存在許多關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，例如選擇性、穩(wěn)定性等。本論文的工作主要集中在運(yùn)用新型的貴金屬納米和納米合金對(duì)生理活性物質(zhì)，如活性氧、神經(jīng)遞質(zhì)等的電化學(xué)分析中的選擇性及穩(wěn)定性進(jìn)行研究。本論文努力實(shí)現(xiàn)納米材料技術(shù)與生物傳感技術(shù)的結(jié)合，通過(guò)制備不同形貌的貴金屬納米和納米合金材料，提高電化學(xué)分析生理活性物質(zhì)中的選擇性、穩(wěn)定性和靈敏度。具體的內(nèi)容如下：<

3、br>　　 (1)利用電沉積方法制備了三種不同形貌和晶體結(jié)構(gòu)的納米金。通過(guò)控制電沉積電位、沉積時(shí)間和溶液濃度制出錐狀、棒狀和球狀的納米金。X射線衍射和電化學(xué)分析表明與棒狀和球狀納米金相比，錐狀納米金的(111)晶面比例更大。由于等離子共振效應(yīng)，錐狀納米金在可見(jiàn)光區(qū)有更加明顯的吸收。同時(shí)，分別研究了三種納米金對(duì)氧氣的催化還原，發(fā)現(xiàn)錐狀納米金由于其(111)晶面所占比例更大，所以其催化能力也最弱。
　　 與此同時(shí)，錐狀、棒狀和球狀

4、納米金在同時(shí)檢測(cè)抗壞血酸(AA)和尿酸(UA)的實(shí)驗(yàn)中也具有良好的催化性能和防止氧化產(chǎn)物對(duì)電極的污染能力。在錐狀、棒狀和球狀納米金表面上，AA和UA的氧化峰分離電位分別為216 mV、158 mV和195 mV。三種納米金對(duì)于檢測(cè)AA和UA具有良好的靈敏度、穩(wěn)定性、選擇性和低的檢測(cè)限。在此基礎(chǔ)上成功地檢測(cè)了果汁和尿樣中的AA和UA的濃度。
　　 (2)在錐狀、棒狀和球狀納米金表面，系統(tǒng)地研究了具有不同等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)，如細(xì)胞色素c

5、(Cytochrome c，cyt.c)和超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)的電化學(xué)行為和電催化活性。首先，在錐狀和棒狀納米金表面，實(shí)現(xiàn)了cyt.c直接電子傳遞，而在球狀納米金表面則沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。繼而詳細(xì)研究了cyt.c在納米金表面的電極反應(yīng)可逆性、動(dòng)力學(xué)參數(shù)、表觀電位和電荷傳遞阻抗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：cyt.c牢固地修飾在納米金表面，而且保持了cyt.c的生物活性，雖然光譜研究表明血紅素基團(tuán)的微環(huán)境發(fā)生了不同的

6、變化。通過(guò)納米形貌調(diào)控蛋白質(zhì)的電化學(xué)電位，從而構(gòu)建了H2O2的第三代生物傳感器，選擇性高，響應(yīng)迅速，線性范圍寬，靈敏度高。
　　 SOD在不同納米金表面也表現(xiàn)出了不同于cyt.c的電化學(xué)行為。系統(tǒng)地研究了形貌與SOD的電化學(xué)行為之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：SOD牢固的修飾在納米金表面，并保持了良好的生物活性。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了既可在氧化電位又可在還原電位下進(jìn)行檢測(cè)O2-的生物傳感器。這種生物傳感器表現(xiàn)出了良好的性能，例如寬的線性范

7、圍、低的檢測(cè)限、快速的電流響應(yīng)和良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。
　　 這一部分研究通過(guò)控制納米金的形貌來(lái)調(diào)控生物大分子的氧化還原電位，從而提高了生物傳感器的選擇性。為蛋白質(zhì)直接電子傳遞研究提供了新方法，為構(gòu)筑選擇性高的生物傳感器開(kāi)辟了一條新途徑。
　　 (3)運(yùn)用相轉(zhuǎn)移方法制備了形貌可控的FeNiPt材料，例如線狀、棒狀、球狀等。系統(tǒng)的研究了不同形貌的FeNiPt合金材料的電化學(xué)催化能力。在此基礎(chǔ)上我們運(yùn)用FeNiPt線狀合金材

8、料來(lái)分析半胱氨酸(Cys)和過(guò)氧化氫，大大提高了分析的穩(wěn)定性、靈敏度。
　　 詳細(xì)研究了不同形貌和不同組成成分的FeNiPt三元合金材料與氧還原催化能力之間的關(guān)系。通過(guò)控制升溫速率和加入金屬離子，可以有效地控制合金形貌和組成。用Nafion把合金固定在玻碳電極上之后，然后通過(guò)循環(huán)伏安和旋轉(zhuǎn)環(huán)盤伏安研究其對(duì)氧氣的催化還原能力。研究結(jié)果表明：合金形貌與氧還原催化能力的關(guān)系為FeNiPt-NS/GC