摻雜細(xì)胞色素c的酶界面的構(gòu)建及其生物傳感研究.pdf

1、基于蛋白質(zhì)界面構(gòu)建的電化學(xué)傳感器具有選擇性高、分析速度快、操作簡單、價格低廉和可進(jìn)行在線甚至活體檢測等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、食品檢測和重大疾病診斷等方面均有重要應(yīng)用價值。探索合適的方法設(shè)計蛋白質(zhì)界面以實現(xiàn)它的信號轉(zhuǎn)換是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。采用具有良好生物相容性和導(dǎo)電性的材料構(gòu)建既有利于保持蛋白質(zhì)的活性又能有效地轉(zhuǎn)移電子的界面,既能使氧化還原蛋白質(zhì)與電極進(jìn)行快速的電子交換,又能發(fā)展響應(yīng)快、靈敏度高的電化學(xué)傳感器。沿著這條思路,本

2、研究以細(xì)胞色素c(Cyt c)為模型蛋白質(zhì),致力于發(fā)展新型材料固定方法,以達(dá)到改進(jìn)固定生物材料活性、延長傳感器使用壽命等目的,進(jìn)一步構(gòu)筑Cyt c和辣根過氧化物酶(HRP)的雙蛋白質(zhì)界面以揭示蛋白質(zhì)間的相互作用機(jī)理和信息傳遞規(guī)律,并發(fā)展更靈敏的電化學(xué)傳感元件。具體開展的研究工作如下:
　　1.基于PDDA-Gp-Au復(fù)合材料的Cyt c直接電化學(xué)及其電化學(xué)生物傳感研究。利用聚二烯丙基二甲基氯化銨(簡寫為 PDDA)為還原劑還原氧化

3、石墨烯(GO),制備 PDDA功能化的石墨烯(Gp),并在其原位生長金納米顆粒(Au NPs),得到了PDDA-Gp-Au納米復(fù)合物。此處摻入的PDDA可以作為“粘合”分子使石墨烯片層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)而成為一個可原位生長Au NPs的平臺,還可用作制備石墨烯納米片膠態(tài)分散液的穩(wěn)定劑。該復(fù)合物由于Gp和Au NPs的協(xié)同作用,具有良好的導(dǎo)電性和生物兼容性。將其用來構(gòu)筑Cyt c修飾電極,并詳細(xì)研究了Cyt c在該復(fù)合物內(nèi)的直接電化學(xué)和電催化特性。實

4、驗結(jié)果表明,PDDA-Gp-Au納米復(fù)合物可有效固載Cyt c分子,Gp和Au NPs的引入對Cyt c的直接電子轉(zhuǎn)移發(fā)揮了較好的協(xié)同促進(jìn)作用,且Cyt c/RTIL-Au-Gp-PDDA/MUA-MCH/Au電極對過氧化氫(H2O2)表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性,可用作檢測H2O2的傳感器。
　　2.基于PFS-DNA復(fù)合膜的Cyt c直接電化學(xué)及其生物傳感器。DNA是一種生物大分子,其堿基對的堆積排列可看作是能夠?qū)崿F(xiàn)電子轉(zhuǎn)移的共軛π電

5、子體系,能促進(jìn)其他電活性物質(zhì)的電子轉(zhuǎn)移。它能與帶正電荷且具有電活性的聚電解質(zhì)聚二茂鐵硅烷(PFS)形成一種三維(3D)多孔結(jié)構(gòu),該孔狀結(jié)構(gòu)可用來固載具有堆垛結(jié)構(gòu)的物質(zhì)并用作生物兼容的母體。將Cyt c固載在PFS-DNA復(fù)合物的3 D多孔膜中,研究Cyt c在多孔膜中的直接電化學(xué)和電催化特性。結(jié)果顯示，PFS-DNA膜的3 D多孔結(jié)構(gòu)為Cyt c提供了良好生物兼容的微環(huán)境,促進(jìn)了Cyt c的直接電子轉(zhuǎn)移;且 Cyt c/PFS-DNA/

6、Au電極展示了優(yōu)良的生物電催化還原H2O2的特性,因此,可用作檢測H2O2的傳感器。
　　3.基于GO-殼聚糖(CHIT)修飾的Cyt c和HRP的雙蛋白質(zhì)界面的電子傳遞的研究。此設(shè)計中,將具有良好生物兼容性的CHIT與具有良好電子傳導(dǎo)性的GO制成納米復(fù)合物用作電化學(xué)研究平臺以固載雙蛋白質(zhì)。即利用GO-CHIT復(fù)合物來固載Cyt c和HRP混合蛋白質(zhì),構(gòu)筑摻雜Cyt c的雙蛋白質(zhì)界面,研究雙蛋白質(zhì)在界面中的電子傳遞和其電催化特性。

7、結(jié)果顯示,雙蛋白質(zhì)體系能夠與電極之間實現(xiàn)直接電子轉(zhuǎn)移,電子傳遞速率為ks,(Cyt c-HRP)=2.63 s-1,比Cyt c和HRP單蛋白質(zhì)修飾電極都大(ks,(Cyt c)=1.44 s-1，ks,(HRP)=1.53 s-1)。此外,雙蛋白質(zhì)修飾電極展示了優(yōu)良的生物電催化還原O2和H2O2的特性,有望應(yīng)用于O2和H2O2的檢測。
　　4. Cyt c-HRP與GO-CHIT自組裝多層膜的制備及其電化學(xué)傳感研究。利用LBL技

8、術(shù)將Cyt c單層膜電極交替地浸入GO-CHIT溶液和Cyt c-HRP溶液中組裝制成雙蛋白質(zhì)多層膜修飾電極。使用紫外光譜和電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)研究了多層膜電極的構(gòu)建過程。重點(diǎn)考查了組裝層數(shù)對雙蛋白質(zhì)相互作用以及電子傳輸?shù)挠绊?比較了雙蛋白質(zhì)多層膜界面與單蛋白質(zhì)多層膜界面性能的異同,揭示蛋白質(zhì)界面中信息的傳遞規(guī)律。并研究了雙蛋白質(zhì)多層膜界面對電催化還原O2的性能。結(jié)果顯示,雙蛋白質(zhì)在GO-CHIT膜中實現(xiàn)了層層組裝,并保持了其生物