生物大分子對碳納米管表面的修飾及用于生物傳感器的構(gòu)建.pdf

1、碳納米管以其獨(dú)特的物理化學(xué)性能而受到人們的重視，對其表面功能化及應(yīng)用的研究已成為熱點(diǎn)課題之一。利用生物分子對碳納米管表面進(jìn)行功能化而制備生物分子一碳納米管雜化材料，并將這種新型的雜化材料作為生物催化或生物識(shí)別成分應(yīng)用于納米生物電子學(xué)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。本論文將電化學(xué)檢測技術(shù)與碳納米管的優(yōu)越性能相結(jié)合，通過正負(fù)電荷間的靜電作用利用層一層組裝的方法在碳納米管表面開展了葡萄糖氧化酶(GOx)和酒精脫氫酶(ADH)的固定以及用于葡萄糖傳感器和

2、乙醇傳感器的研究，同時(shí)還研究了DNA在碳納米管表面的固定及其損傷的電化學(xué)檢測。主要內(nèi)容如下： 1.研究了GOx在單壁碳納米管上的固定，并將其應(yīng)用到葡萄糖傳感器的研究。將帶正電荷的聚電解質(zhì)PDDA(poly(dimethyldiallylammonium chloride))吸附(或包裹)在單壁碳納米管(SWNTs)表面，形成表面帶正電荷的PDDA-SWNTs納米復(fù)合體；通過正負(fù)電荷間的靜電作用，將帶負(fù)電荷的GOx(其等電點(diǎn)為p

3、I=4.2，在溶液pH為8.2時(shí)，GOx帶凈的負(fù)電荷)修飾到PDDA-SWNTS表面，形成GOx-PDDA-SWNTs復(fù)合體。用FTIR，UV-Vis及電化學(xué)阻抗技術(shù)(EIS)等方法對GOx-PDDA-SWNTs復(fù)合體的形成過程進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：GOx被固定在PDDA-SWNTs表面后沒有發(fā)生變性，仍能保持其原有的二級(jí)空間構(gòu)象。用Nation將GOx-PDDA-SWNTs固定在玻碳(GC)電極表面制成Nafion-GOx-PDDA-

4、SWNTs/GC電極。用單羧基二茂鐵作電子媒介體，研究了該電極對葡萄糖氧化的電催化作用。伏安結(jié)果表明該電極對葡萄糖的氧化具有好的催化性能，同時(shí)具有好的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性及高的生物親和性；催化響應(yīng)電流與葡萄糖濃度的關(guān)系呈現(xiàn)典型的Michaelis-Menten特征，表觀米氏常數(shù)KappM=4.5mmol/L，電流與濃度的線性范圍為0.5～5.5 mmol/L，最低檢測限約為83 μmol/l_，(S/N=3)。 2.研究了ADH在單

5、壁碳納米管上的固定，并將其應(yīng)用到乙醇傳感器的研究。將帶負(fù)電荷的ADH(pI=6.8)通過正負(fù)電荷之間的靜電作用固定到修飾了PDDA的SWNTs上，形成了ADH-PDDA-SWNTs納內(nèi)米復(fù)合體。通過原子力顯微鏡(AFM)、FTIR、UV-Vis、Raman光譜對納米復(fù)合體的形成過程進(jìn)行了表征。結(jié)果表明ADH固定在PDDA-SWNTs表面后仍保持著它原有的空間構(gòu)象。用Nation將ADH-PDDA-SWNTs固定在GC電極表面制成Nati

6、on-ADH-PDDA-SWNTs/GC電極，該電極可用于乙醇的電化學(xué)檢測，對乙醇氧化的催化性能具有好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性；在最優(yōu)的條件下，電極的響應(yīng)電流與乙醇濃度的關(guān)系呈現(xiàn)典型的Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)特征，表觀米氏常數(shù)Knppm=5.0 mmol/L，響應(yīng)電流與乙醇濃度在0.5～5.0 mmol/L范圍有線性關(guān)系，最低檢出限為～90 μmol/L。 3.研究了DNA在單壁碳納米管表面的固定、表征以及損傷的電化學(xué)檢

7、測。將DNA和PDDA通過正負(fù)電荷的靜電作用吸附固定在SWNTs表面，形成DNA-PDDA-SWNTs納米復(fù)合體，用AFM，UV-Vis及Raman光譜和電化學(xué)方法(微分脈沖伏安)對其進(jìn)行了表征。DNA的固定不僅能有效改善SWNTs在水溶液中的分散性能，而且其本身的雙螺旋結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞。用伏安法研究了1-苯基偶氮-2-萘酚(PN)與固定在SWNTs表面DNA的作用，結(jié)果表明，PN與DNA的作用方式為嵌入作用：PN在SWNTs/GC電極

8、上表現(xiàn)出一對良好的伏安峰，式量電位E0為92.5 mV(vs.SCE，pH 5.5)且?guī)缀醪浑S掃描速率而發(fā)生變化；與DNA結(jié)合后，E0值正移至125 mV。PN能用作探針分子電化學(xué)檢測DNA的化學(xué)損傷，沒有損傷的DNA與PN有較強(qiáng)的結(jié)合能力，而化學(xué)損傷的DNA與PN的結(jié)合能力降低，并且，損傷程度越大，結(jié)合能力越小。我們提出的電化學(xué)檢測DNA損傷的優(yōu)點(diǎn)在于PN的氧化還原電位較低(式董電位E0≈0.1 vs.SCE，pH 5.5)，能有效降