生物大分子對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)技術(shù)與碳納米管的優(yōu)越性能相結(jié)合，通過(guò)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(kāi)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(cè)。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(guò)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(duì)GOx-PDDA-SWNTs復(fù)合體的形成過(guò)程進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：GOx被固定在PDDA-SWNTs表面后沒(méi)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(duì)葡萄糖氧化的電催化作用。伏安結(jié)果表明該電極對(duì)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(cè)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(guò)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(guò)原子力顯微鏡(AFM)、FTIR、UV-Vis、Raman光譜對(duì)納米復(fù)合體的形成過(guò)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(cè)，對(duì)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(cè)。將DNA和PDDA通過(guò)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(duì)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(méi)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(duì)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?lè)肿与娀瘜W(xué)檢測(cè)DNA的化學(xué)損傷，沒(méi)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(cè)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