氧化还原蛋白质和酶等生物大分子的直接电化学研究是生物电化学界和生物学界非常关注的研究问题。它的研究对于人们获得蛋白质和酶的热力学和动力学性质,深入认识蛋白质和酶等生物大分子在生命体内的生理作用及电子传递反应传递机制以及开发新型生物传感器、新型生物燃料电池等生物电子器件具有重要的理论和应用指导意义。 本论文主要通过制备新型纳米材料,以新型纳米材料为生物载体和分子导线,在导电基底上构筑生物分子/纳米材料的纳米界面,实现氧化还原蛋白质和酶等生物大分子的直接电子传递并获得优良的生物电催化性能。另外,还初步研究了有序介孔TiO₂的生物杀菌效应和Au/TiO₂纳米复合材料的光电效应。论文主要研究内容包括以下几方面: 1.以二乙胺为原料,采用催化热解法合成了含氮碳纳米管,首次将氮搀杂碳米管应用于血红素蛋白质的固定及其生物电化学研究。 TEM实验结果表明,氮搀杂的碳纳米管呈竹节状,管径为10-40nm,节长度约为80nm,管壁为由10-20石墨层构成的多壁结构。EDX测试结果表明合成的竹节状碳纳米管中氮碳原子比为0.15/0.85。Raman光谱表明氮的掺杂在一定程度上破坏了碳纳米管的有序结构,在管壁上产生了一定数量的缺陷部位。基于竹节状氮掺杂的碳纳米管的缺陷部位比纯碳纳米管的完整表面结构易化学修饰功能化和高电化学活性等特点,利用物理吸附方法将血红蛋白固定到竹节状氮掺杂的碳纳米管,我们首次采用TEM和HRTEM清晰地观察到血红蛋白在氮掺杂的碳纳米管上的吸附形态;采用电化学方法研究表明血红蛋白在-0.330V（vs.SCE）附近出现一对可逆的循环伏安氧化还原峰,为血红素基团中Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）氧化还原电对的特征峰,Hb在氮掺杂的碳纳米管上的异相电子传递速率常数为1.32±0.27s^-1,大于文献中报道的纯碳纳米管的值。固定的血红蛋白对过氧化氢、亚硝酸钠具有良好的生物电化学活性,显示了类似过氧化物酶和亚硝酸还原酶的活性。表明氮掺杂的碳纳米管具有较高的蛋白质/酶固载量,作为分子导线大大加快了血红蛋白与电极之间的电子传递速率,并且保持了蛋白质较高的生物电催化活性。 2.为了进一步考察氮掺杂碳纳米管在生物电化学领域的应用研究中作为生物相容性的固定载体和加快电子传递的分子导线的作用,又以分子量相对较大的生物大分子-葡萄糖氧化酶（GOx）为研究对象,相对于血红素类蛋白质,其氧化还原中