【摘要】：目的(1)研究基于血紅蛋白(Hb)-殼聚糖(CS)/金納米粒子(GNPs)薄膜的智能表面分子開關對單種刺激(pH刺激)敏感的開關放大效應,并嘗試將該體系應用于對過氧化氫(H202)的可調控生物電催化。同時探討Hb-CS/GNPs薄膜的開關機制,以及CS和金納米材料(GNPs)組分在單種刺激下對開關行為的協同增強作用。 (2)研究基于聚(N,N-二乙基丙烯酞胺)(PDEA)/Hb薄膜的智能表面分子開關對多重刺激(pH,溫度,離子強度)敏感的開關放大效應,進一步用將該體系應用于對生物電催化的調控；同時闡述PDEA-Hb薄膜的開關效應放大機制,并探討該體系中Hb和PDEA薄膜對多重刺激開關效應的協同增強作用。 (3)研究基于PDEA-Hb-多壁碳納米管(MWCNTs)薄膜的智能表面分子開關對多重刺激(pH,溫度,離子強度)敏感的開關增強效應以及對H202生物傳感的可控行為,進一步探討MWCNTs對多重刺激開關效應的增強作用。 方法(1)電化學沉積GNPs于玻碳電極(GCE)表面,利用靜電吸附和化學鍵合作用將CS和Hb分子的復合膜固定于GNPs/GCE的表面。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、紫外-見(UV-vis)光譜對組裝過程進行表征。利用循環(huán)伏安(CV)、電化學交流電阻(EIS)、電流時間曲線(1T)等方法研究修飾電極在不同探針的不同pH值的溶液中的開關效應、對H202生物電催化的調控行為以及各組分的作用機制。 (2)以N,N-二乙基丙烯酞胺(DEA)和Hb為主要原料,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)為交聯劑,采用互穿聚合物網絡(IPN)技術制備PDEA-Hb Semi-IPN水凝膠,將上述薄膜修飾于金電極(GE)表面構建智能表面分子開關。利用UV-vis吸收光譜、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)對薄膜的分子結構及電極修飾過程進行表征。通過CV等方法研究該智能表面分子開關對多重刺激敏感的開關效應、對H202的可調控生物電催化以及各組分在智能表面分子開關中的協同增強作用。 (3)以DEA、Hb、MWCNTs三種主要原料為基礎,采用IPN技術制備PDEA-MWCNTs-Hb Semi-IPN水凝膠,并修飾于GCE表面構建智能表面分子開關。利用UV-vis光譜學等方法對上述薄膜的分子結構及電極修飾過程進行表征。通過CV、IT等方法研究該體系對多重刺激敏感的開關效應及對H202的可調控生物傳感性能,探討MWCNTs在智能表面分子開關中的作用。 結果(1) SEM, AFM表明GNPs電沉積在GCE表面,UV-vis光譜證明了薄膜的成功構建�；贖b-CS/GNPs薄膜的智能表面分子開關成功實現了在Fe(CN)63探針溶液中單種刺激(pH)敏感性增強的開關效應,在pH4.0表現為“開”狀態(tài),在pH8.0時表現為“關”狀態(tài)。該pH開關效應可以調控以探針為媒介體的Hb對H202的電催化�；谒姆N不同電荷探針的機制研究顯示Hb-CS薄膜開關效應機制來源于膜表面與探針離子的靜電吸附作用。比較研究表明：與CS, Hb膜相比較,Hb-CS薄膜在pH刺激下的開關效應更明顯；Hb-CS/GNPs薄膜比Hb-CS薄膜的開關效應更明顯。 (2) FTIR證明基于PDEA-Hb薄膜的智能表面分子開關成功合成。UV-vis光譜證明了薄膜的成功構建。該薄膜修飾電極上在Fe(CN)63探針溶液中表現出對多種刺激(pH、溫度和鹽離子)敏感性增強的開關效應：在pH4.0(20℃,0.0mol/L Na2SO4)的探針溶液中,修飾電極表現為“開”的狀態(tài)。反之,在pH為7.0時,表現為“關”狀態(tài)；類似的,研究溫度敏感(20℃和40℃)和鹽離子敏感(0.0mol/L和0.4mol/L)時,薄膜對探針分別表現為“開”和“關”的狀態(tài)。PDEA-Hb薄膜對三種刺激響應的開關效應可以用來調控以Fe(CN)63探針為媒介體的Hb對H202的電化學催化氧化反應。比較實驗表明,PDEA-Hb薄膜在pH、溫度、鹽離子等刺激下的開關效應均比PDEA薄膜或者Hb薄膜明顯。 (3) FTIR證明PDEA-MWCNTs-Hb薄膜成功合成。UV-vis光譜和EIS證明了PDEA-MWCNTs-Hb薄膜的成功組裝。該薄膜在Fe(CN)63探針溶液中表現出對pH、溫度和鹽離子敏感性增強的開關效應。CV、IT等研究表明該智能表面分子開關在Fe(CN)63-探針溶液中對H202生物電催化有良好的控制能力。比較實驗表明：多重刺激下,與PDEA-Hb薄膜相比,PDEA-MWCNTs-Hb的開關效應明顯增大。 結論(1)構建的Hb-CS/GNPs智能表面分子開關表現出了pH敏感的開關放大效應。該pH開關效應可以調控以探針為媒介體的Hb對H202的催化。研究表明CS不僅為Hb提供了良好的微環(huán)境,而且通過其氨基等官能團能協同增強了該體系的pH開關行為。此外,GNPs巨大的比較面積、良好的生物兼容性以及表面自由能為提高該體系的pH敏感行和H202催化能力起到了重要作用。本研究為構建基于蛋白質的pH控制的智能材料以及對研發(fā)簡便、有效的可調控生物傳感器等方面提供新途徑。 (2)成功在GE表面構建了PDEA-Hb智能表面分子開關并實現了對多重刺激(pH,溫度和鹽離子)敏感的開關協同增強效應。這種三重刺激響應型薄膜體系可以進一步應用于實現三控的可開關的生物電催化。機制研究顯示薄膜開關效應機制來源于多種刺激下Hb膜表面與探針離子的靜電和PDEA膜結構改變等雙重作用。PDEA和Hb薄膜對多重刺激下的開關行表現出協同增強作用。該體系對基于蛋白質的多重刺激敏感材料的制備以及對新型的多重刺激協同控制的生物傳感器的構建提供新的思路。 (3)成功在GCE表面構建了PDEA-MWCNTs-Hb智能表面分子開關并實現了對多重刺激(pH、溫度和鹽離子)敏感的開關增強效應。這種基于納米材料的多重刺激響應性薄膜體系可以進一步應用于實現對H202生物電催化的多重控制。機制研究表明MWCNTs因其巨大的比表面積和良好的導電性在PDEA-MWCNTs-Hb薄膜的開關效應及其生物電催化的性能提升中起到了重要作用。該體系將為構建基于納米材料的多重刺激調控的智能表面分子開關提供一種新方法,從而將薄膜多重敏感的性質和納米材料的放大作用相結合,拓展智能表面分子開關在生物傳感器、生物分子器件等領域的應用。
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【學位授予單位】：南通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R3411

【參考文獻】

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1 王煥霞;劉守信;房喻;韓曉宇;張颯;;聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)的合成及鹽對其水溶液溫敏性的影響[J];物理化學學報;2009年09期

2 康鍇;盧滇楠;劉錚;;蛋白質在溫度響應性PNIPAAm接枝硅膠表面吸附和解吸過程:分子模擬和實驗研究(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2012年02期

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本文編號：2400876