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

【摘要】：在電化學(xué)生物傳感器的制備過程中,蛋白質(zhì)的固載直接影響傳感器的性能。為了更好地實(shí)現(xiàn)傳感器的電化學(xué)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(zhì)的生物活性、提高蛋白質(zhì)的固載量。據(jù)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(xué)活性高、無毒和導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn),成為了固定蛋白質(zhì)的優(yōu)良材料。與其它方法相比,電沉積不僅為蛋白質(zhì)電極的構(gòu)建提供一種簡(jiǎn)單便捷的方法,能使蛋白質(zhì)強(qiáng)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(gòu)建具有可再生性,得到的生物復(fù)合膜中的電活性物質(zhì)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(jìn)了蛋白質(zhì)和電極之間的直接電子轉(zhuǎn)移速率。本課題主要通過電沉積法將海藻酸鹽納米復(fù)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(gòu)建了第三代新型電化學(xué)生物傳感器。所構(gòu)建的生物傳感器可實(shí)現(xiàn)良好的直接電化學(xué)行為,同時(shí)對(duì)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(nèi)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(zhì)的穩(wěn)定性,從而制備出一種新型的海藻酸鹽納米復(fù)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(shí)驗(yàn)表明復(fù)合膜Oct-Alg-GR內(nèi)的Mb保持了其原始的結(jié)構(gòu)和活性。通過循環(huán)伏安法(CV)對(duì)該修飾電極的電化學(xué)行為進(jìn)行研究得到一對(duì)對(duì)稱的準(zhǔn)可逆氧化還原峰,式電位(E~(0'))為-0.252 V(vs.SCE),電子轉(zhuǎn)移數(shù)(n)為1.09,電子傳遞系數(shù)(α)為0.398,電極反應(yīng)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(jié)構(gòu)和生物活性,且促進(jìn)了Mb和Nafion/Oct-Alg-GR-Mb/CILE之間的電子傳遞。Nafion/Oct-Alg-GR-Mb/CILE對(duì)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(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,其檢測(cè)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(fù)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(duì)此修飾電極材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。光譜分析顯示,Mb在SA-GR復(fù)合膜中保持了其天然結(jié)構(gòu)。Nafion/Mb-SA-GR/CILE在pH=7.0 PBS中的CV曲線顯示一對(duì)準(zhǔn)可逆的氧化還原峰,式電位(E~(0'))為-0.29 V(vs.SCE),電極反應(yīng)速率常數(shù)ks為0.138 s~(-1)。該結(jié)果說明SA-GR復(fù)合膜具有良好的生物相容性和導(dǎo)電性能,既能夠?yàn)镸b提供一個(gè)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(zhuǎn)移速率。同時(shí),Nafion/Mb-SA-GR/CILE對(duì)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(nèi)存在良好的線性關(guān)系,檢測(cè)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(gòu)建了海藻酸鹽納米復(fù)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(fù)合材料中能夠保留原有的結(jié)構(gòu)和生物活性。Nafion/Mb-SA-TiO_2/CILE的CV圖中出現(xiàn)一對(duì)峰形良好的準(zhǔn)可逆氧化還原峰,表明Mb在修飾電極表面可實(shí)現(xiàn)直接電子轉(zhuǎn)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(jìn)Mb和CILE之間的電子傳遞。另外,研究了Nafion/Mb-SA-TiO_2/CILE對(duì)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(nèi)具有良好的線性關(guān)系,其檢測(cè)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(fù)合材料為基質(zhì),利用電沉積法將Mb固定到CILE上,成功構(gòu)建了新型電化學(xué)生物傳感器。FT-IR和UV-vis同時(shí)說明,SA/Fe_3O_4-GR納米復(fù)合材料保持了Mb的天然結(jié)型。通過對(duì)其直接電化學(xué)行為研究發(fā)現(xiàn),在CV圖中出現(xiàn)了一對(duì)穩(wěn)定且對(duì)稱的準(zhǔn)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(fù)合材料Fe_3O_4-GR的特殊結(jié)構(gòu)有利于Mb和修飾電極之間的電子傳遞。所構(gòu)建的傳感器線性范圍較寬、靈敏度較高、重復(fù)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(gòu)建了新穎的電化學(xué)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(jié)構(gòu)。由于SA/MnO_2-C生物相容性好,比表面積大,可為Mb提供一個(gè)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(duì)穩(wěn)定的準(zhǔn)可逆氧化還原峰,說明所構(gòu)建的生物傳感器表現(xiàn)出良好的直接電化學(xué)行為,同時(shí)也表明MnO_2-C微球的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和較大的比表面積促進(jìn)了Mb和修飾電極之間的電子傳遞。通過對(duì)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(cè)限為0.233 mmol/L(3σ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：海南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O657.1;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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