發(fā)布時(shí)間：2019-01-04 22:33

【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(guān)對(duì)單種刺激(pH刺激)敏感的開關(guān)放大效應(yīng),并嘗試將該體系應(yīng)用于對(duì)過(guò)氧化氫(H202)的可調(diào)控生物電催化。同時(shí)探討Hb-CS/GNPs薄膜的開關(guān)機(jī)制,以及CS和金納米材料(GNPs)組分在單種刺激下對(duì)開關(guān)行為的協(xié)同增強(qiáng)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(guān)對(duì)多重刺激(pH,溫度,離子強(qiáng)度)敏感的開關(guān)放大效應(yīng),進(jìn)一步用將該體系應(yīng)用于對(duì)生物電催化的調(diào)控；同時(shí)闡述PDEA-Hb薄膜的開關(guān)效應(yīng)放大機(jī)制,并探討該體系中Hb和PDEA薄膜對(duì)多重刺激開關(guān)效應(yīng)的協(xié)同增強(qiáng)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(guān)對(duì)多重刺激(pH,溫度,離子強(qiáng)度)敏感的開關(guān)增強(qiáng)效應(yīng)以及對(duì)H202生物傳感的可控行為,進(jìn)一步探討MWCNTs對(duì)多重刺激開關(guān)效應(yīng)的增強(qiáng)作用。 方法(1)電化學(xué)沉積GNPs于玻碳電極(GCE)表面,利用靜電吸附和化學(xué)鍵合作用將CS和Hb分子的復(fù)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(duì)組裝過(guò)程進(jìn)行表征。利用循環(huán)伏安(CV)、電化學(xué)交流電阻(EIS)、電流時(shí)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(guān)效應(yīng)、對(duì)H202生物電催化的調(diào)控行為以及各組分的作用機(jī)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(lián)劑,采用互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPN)技術(shù)制備PDEA-Hb Semi-IPN水凝膠,將上述薄膜修飾于金電極(GE)表面構(gòu)建智能表面分子開關(guān)。利用UV-vis吸收光譜、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)對(duì)薄膜的分子結(jié)構(gòu)及電極修飾過(guò)程進(jìn)行表征。通過(guò)CV等方法研究該智能表面分子開關(guān)對(duì)多重刺激敏感的開關(guān)效應(yīng)、對(duì)H202的可調(diào)控生物電催化以及各組分在智能表面分子開關(guān)中的協(xié)同增強(qiáng)作用。 (3)以DEA、Hb、MWCNTs三種主要原料為基礎(chǔ),采用IPN技術(shù)制備PDEA-MWCNTs-Hb Semi-IPN水凝膠,并修飾于GCE表面構(gòu)建智能表面分子開關(guān)。利用UV-vis光譜學(xué)等方法對(duì)上述薄膜的分子結(jié)構(gòu)及電極修飾過(guò)程進(jìn)行表征。通過(guò)CV、IT等方法研究該體系對(duì)多重刺激敏感的開關(guān)效應(yīng)及對(duì)H202的可調(diào)控生物傳感性能,探討MWCNTs在智能表面分子開關(guān)中的作用。 結(jié)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(gòu)建�；贖b-CS/GNPs薄膜的智能表面分子開關(guān)成功實(shí)現(xiàn)了在Fe(CN)63探針溶液中單種刺激(pH)敏感性增強(qiáng)的開關(guān)效應(yīng),在pH4.0表現(xiàn)為“開”狀態(tài),在pH8.0時(shí)表現(xiàn)為“關(guān)”狀態(tài)。該pH開關(guān)效應(yīng)可以調(diào)控以探針為媒介體的Hb對(duì)H202的電催化。基于四種不同電荷探針的機(jī)制研究顯示Hb-CS薄膜開關(guān)效應(yīng)機(jī)制來(lái)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(guān)效應(yīng)更明顯；Hb-CS/GNPs薄膜比Hb-CS薄膜的開關(guān)效應(yīng)更明顯。 (2) FTIR證明基于PDEA-Hb薄膜的智能表面分子開關(guān)成功合成。UV-vis光譜證明了薄膜的成功構(gòu)建。該薄膜修飾電極上在Fe(CN)63探針溶液中表現(xiàn)出對(duì)多種刺激(pH、溫度和鹽離子)敏感性增強(qiáng)的開關(guān)效應(yīng)：在pH4.0(20℃,0.0mol/L Na2SO4)的探針溶液中,修飾電極表現(xiàn)為“開”的狀態(tài)。反之,在pH為7.0時(shí),表現(xiàn)為“關(guān)”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(shí),薄膜對(duì)探針?lè)謩e表現(xiàn)為“開”和“關(guān)”的狀態(tài)。PDEA-Hb薄膜對(duì)三種刺激響應(yīng)的開關(guān)效應(yīng)可以用來(lái)調(diào)控以Fe(CN)63探針為媒介體的Hb對(duì)H202的電化學(xué)催化氧化反應(yīng)。比較實(shí)驗(yàn)表明,PDEA-Hb薄膜在pH、溫度、鹽離子等刺激下的開關(guān)效應(yīng)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(xiàn)出對(duì)pH、溫度和鹽離子敏感性增強(qiáng)的開關(guān)效應(yīng)。CV、IT等研究表明該智能表面分子開關(guān)在Fe(CN)63-探針溶液中對(duì)H202生物電催化有良好的控制能力。比較實(shí)驗(yàn)表明：多重刺激下,與PDEA-Hb薄膜相比,PDEA-MWCNTs-Hb的開關(guān)效應(yīng)明顯增大。 結(jié)論(1)構(gòu)建的Hb-CS/GNPs智能表面分子開關(guān)表現(xiàn)出了pH敏感的開關(guān)放大效應(yīng)。該pH開關(guān)效應(yīng)可以調(diào)控以探針為媒介體的Hb對(duì)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(guò)其氨基等官能團(tuán)能協(xié)同增強(qiáng)了該體系的pH開關(guān)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(gòu)建基于蛋白質(zhì)的pH控制的智能材料以及對(duì)研發(fā)簡(jiǎn)便、有效的可調(diào)控生物傳感器等方面提供新途徑。 (2)成功在GE表面構(gòu)建了PDEA-Hb智能表面分子開關(guān)并實(shí)現(xiàn)了對(duì)多重刺激(pH,溫度和鹽離子)敏感的開關(guān)協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。這種三重刺激響應(yīng)型薄膜體系可以進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)三控的可開關(guān)的生物電催化。機(jī)制研究顯示薄膜開關(guān)效應(yīng)機(jī)制來(lái)源于多種刺激下Hb膜表面與探針離子的靜電和PDEA膜結(jié)構(gòu)改變等雙重作用。PDEA和Hb薄膜對(duì)多重刺激下的開關(guān)行表現(xiàn)出協(xié)同增強(qiáng)作用。該體系對(duì)基于蛋白質(zhì)的多重刺激敏感材料的制備以及對(duì)新型的多重刺激協(xié)同控制的生物傳感器的構(gòu)建提供新的思路。 (3)成功在GCE表面構(gòu)建了PDEA-MWCNTs-Hb智能表面分子開關(guān)并實(shí)現(xiàn)了對(duì)多重刺激(pH、溫度和鹽離子)敏感的開關(guān)增強(qiáng)效應(yīng)。這種基于納米材料的多重刺激響應(yīng)性薄膜體系可以進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)H202生物電催化的多重控制。機(jī)制研究表明MWCNTs因其巨大的比表面積和良好的導(dǎo)電性在PDEA-MWCNTs-Hb薄膜的開關(guān)效應(yīng)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(gòu)建基于納米材料的多重刺激調(diào)控的智能表面分子開關(guān)提供一種新方法,從而將薄膜多重敏感的性質(zhì)和納米材料的放大作用相結(jié)合,拓展智能表面分子開關(guān)在生物傳感器、生物分子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。
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【學(xué)位授予單位】：南通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R3411

【參考文獻(xiàn)】

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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(duì)其水溶液溫敏性的影響[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2009年09期

2 康鍇;盧滇楠;劉錚;;蛋白質(zhì)在溫度響應(yīng)性PNIPAAm接枝硅膠表面吸附和解吸過(guò)程:分子模擬和實(shí)驗(yàn)研究(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2012年02期

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本文編號(hào)：2400876