本文選題：海藻酸鈉　切入點：電沉積　出處：《海南師范大學》2017年碩士論文

【摘要】：在電化學生物傳感器的制備過程中,蛋白質的固載直接影響傳感器的性能。為了更好地實現(xiàn)傳感器的電化學行為,需選擇新型生物相容性的材料和有效的固定方法來保持蛋白質的生物活性、提高蛋白質的固載量。據此,具有凝膠性,生物相容性及成膜性的陰離子聚合物海藻酸鈉(SA)和辛胺改性的海藻酸衍生物(Oct-Alg)分別被用于生物傳感器的制備。納米材料因其比表面積大、密度低、電化學活性高、無毒和導電性好等優(yōu)點,成為了固定蛋白質的優(yōu)良材料。與其它方法相比,電沉積不僅為蛋白質電極的構建提供一種簡單便捷的方法,能使蛋白質強烈吸附于基底電極表面而幾乎不發(fā)生變性,而且使傳感器的構建具有可再生性,得到的生物復合膜中的電活性物質可均勻分散。該方法極大地提高了生物傳感器的穩(wěn)定性和有效地促進了蛋白質和電極之間的直接電子轉移速率。本課題主要通過電沉積法將海藻酸鹽納米復合材料和氧化還原蛋白沉積到離子液體碳糊電極(CILE)上,成功構建了第三代新型電化學生物傳感器。所構建的生物傳感器可實現(xiàn)良好的直接電化學行為,同時對三氯乙酸(TCA)表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能。本研究主要工作包括以下內容:(1)采用直接涂布法將Oct-Alg、石墨烯(GR)和肌紅蛋白(Mb)混合懸浮液涂布于CILE表面,再采用Nafion膜以提高修飾電極表面蛋白質的穩(wěn)定性,從而制備出一種新型的海藻酸鹽納米復合材料修飾電極(Nafion/Oct-Alg-GR-Mb/CILE)。紫外-可見吸收光譜(UV-vis)和傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)實驗表明復合膜Oct-Alg-GR內的Mb保持了其原始的結構和活性。通過循環(huán)伏安法(CV)對該修飾電極的電化學行為進行研究得到一對對稱的準可逆氧化還原峰,式電位(E~(0'))為-0.252 V(vs.SCE),電子轉移數(shù)(n)為1.09,電子傳遞系數(shù)(α)為0.398,電極反應速率常數(shù)(k_s)為0.286 s~(-1),表明Oct-Alg-GR可為Mb提供良好的微環(huán)境,保持Mb的原始結構和生物活性,且促進了Mb和Nafion/Oct-Alg-GR-Mb/CILE之間的電子傳遞。Nafion/Oct-Alg-GR-Mb/CILE對三氯乙酸(TCA)表現(xiàn)出良好的電催化能力,催化電流與TCA的濃度在4.8-186.3 mmol/L范圍內呈現(xiàn)良好的線性關系,其檢測限為0.83 mmol/L(3δ),表觀米氏常數(shù)(K_M~(app))為58.4 mmol/L。(2)采用電沉積法將Mb、SA和GR復合材料沉積到CILE上,制備了修飾電極(Nafion/Mb-SA-GR/CILE),并利用FT-IR、UV-vis對此修飾電極材料的結構和形貌進行了表征。光譜分析顯示,Mb在SA-GR復合膜中保持了其天然結構。Nafion/Mb-SA-GR/CILE在pH=7.0 PBS中的CV曲線顯示一對準可逆的氧化還原峰,式電位(E~(0'))為-0.29 V(vs.SCE),電極反應速率常數(shù)ks為0.138 s~(-1)。該結果說明SA-GR復合膜具有良好的生物相容性和導電性能,既能夠為Mb提供一個良好的微環(huán)境,保持其生物活性,提高修飾電極的穩(wěn)定性,加快Mb和CILE間的直接電子轉移速率。同時,Nafion/Mb-SA-GR/CILE對TCA表現(xiàn)出良好的電催化能力,催化電流I_(SS)與TCA濃度在15.0~69.0 mmol/L范圍內存在良好的線性關系,檢測限為2.0 mmol/L(3σ),表觀米氏常數(shù)(K_M~(app))為35.09 mmol/L。該修飾電極Nafion/Mb-SA-GR/CILE的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。(3)利用電沉積法將SA、二氧化鈦(TiO_2)納米球和Mb沉積到電極表面,構建了海藻酸鹽納米復合材料修飾電極(Nafion/Mb-SA-TiO_2/CILE)。FT-IR和UV-vis分析表明Mb在海藻酸鹽納米復合材料中能夠保留原有的結構和生物活性。Nafion/Mb-SA-TiO_2/CILE的CV圖中出現(xiàn)一對峰形良好的準可逆氧化還原峰,表明Mb在修飾電極表面可實現(xiàn)直接電子轉移,SA良好的生物相容性、TiO_2優(yōu)異的電催化能力及其協(xié)同作用有助于促進Mb和CILE之間的電子傳遞。另外,研究了Nafion/Mb-SA-TiO_2/CILE對TCA的電催化性能,催化電流與TCA在5.3-114.2 mmol/L濃度范圍內具有良好的線性關系,其檢測限為0.152 mmol/L(3σ),表觀米氏常數(shù)(K_M~(app))為32.3 mmol/L。(4)由具有生物相容性的SA和四氧化三鐵-石墨烯(Fe_3O_4-GR)復合材料為基質,利用電沉積法將Mb固定到CILE上,成功構建了新型電化學生物傳感器。FT-IR和UV-vis同時說明,SA/Fe_3O_4-GR納米復合材料保持了Mb的天然結型。通過對其直接電化學行為研究發(fā)現(xiàn),在CV圖中出現(xiàn)了一對穩(wěn)定且對稱的準可逆氧化還原峰,n為0.982,α為0.357,k_s為0.234 s~(-1),表明納米復合材料Fe_3O_4-GR的特殊結構有利于Mb和修飾電極之間的電子傳遞。所構建的傳感器線性范圍較寬、靈敏度較高、重復性和穩(wěn)定性都較好。(5)通過電沉積法將SA、二氧化錳-碳(MnO_2-C)微球和Mb沉積到CILE上構建了新穎的電化學生物傳感器。FT-IR和UV-vis分析顯示SA/MnO_2-C中的Mb能保持原有的天然活性和結構。由于SA/MnO_2-C生物相容性好,比表面積大,可為Mb提供一個非常合適的微環(huán)境。SEM圖中可明顯看到MnO_2-C微球的表面形態(tài)。從CV圖中可觀察到一對穩(wěn)定的準可逆氧化還原峰,說明所構建的生物傳感器表現(xiàn)出良好的直接電化學行為,同時也表明MnO_2-C微球的獨特結構和較大的比表面積促進了Mb和修飾電極之間的電子傳遞。通過對TCA電催化性能研究發(fā)現(xiàn),該傳感器的線性區(qū)間為5.2-128.2mmol/L,檢測限為0.233 mmol/L(3σ)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：海南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O657.1;TP212

【參考文獻】

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本文編號：1662799