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本论文采用自由基交联聚合的方法在电极表面合成了两种不同的聚合物水凝胶薄膜并将葡萄糖氧化酶(GOD)固定在其中,实现了电活性探针在水凝胶薄膜电极上的三重敏感的“开关”性质,并将其应用于调控GOD酶对葡萄糖的电化学催化氧化。全文共分为三章。 第一章前言 简述了氧化还原蛋白质和酶的电化学研究的意义,并对本论文中涉及到的GOD酶的结构和功能做了简要介绍。简述了几种常见的在电极上固定酶的方法,特别介绍了采用聚合物水凝胶包埋酶的方法。简要综述了对环境中不同刺激因素具有响应的智能型界面或表面,并重点介绍了环境刺激响应性薄膜在可调控的生物电催化中的应用。 第二章基于包埋有葡萄糖氧化酶的聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶薄膜电极的三重调控的生物电催化开关通过自由基交联聚合的方法将含有GOD酶的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶薄膜成功合成在热解石墨(PG)电极表面,表示为PNIPAM-GOD。PNIPAM-GOD薄膜电极对环境温度、硫酸盐浓度和甲醇含量都非常敏感,可通过单羧酸二茂铁(Fc(COOH))探针在薄膜电极上的循环伏安(CV)响应来进行监测。在25℃,不含硫酸盐和甲醇的Ph7.0的缓冲溶液中,Fc(COOH)在薄膜电极上的CV响应很大,薄膜对探针表现为“开”;而在37℃时,探针的CV响应很小,体系表现为“关”。类似地,探针在薄膜电极上也表现出可逆的对SO42-浓度和甲醇含量敏感的开关性质。薄膜的这种三重刺激响应性行为是因为PNIPAM薄膜在不同条件下会发生结构变化。这种三重刺激响应性质可被应用于实现温度、SO42-浓度和甲醇含量控制的以Fc(COOH)为媒介体的GOD对葡萄糖的电化学催化氧化。 第三章基于包埋有葡萄糖氧化酶的聚(N,N-二乙基丙烯酰胺-co-4-乙烯基吡啶)水凝胶薄膜电极的三重调控的生物电催化开关采用简单和反应条件温和的一步化学合成法将N,N-二乙基丙烯酰胺(DEA)和4-乙烯基吡啶(4VP)在电极表面聚合成P(DEA-co-4VP)共聚物水凝胶薄膜并将GOD酶包埋在薄膜中,表示为P(DEA-co-4VP)-GOD。Fc(COOH)2探针在P(DEA-co-4VP)-GOD薄膜电极上的CV响应对环境Ph、温度和硫酸盐浓度非常敏感。在25℃ PH5.0时,Fc(COOH)2在薄膜电极上的CV响应很大,薄膜电极对探针表现为“开”;而在PH9.0时,探针的CV峰电流很小,体系表现为“关”。类似地,当温度在25和39℃之间或Na2SO4浓度在O和0.50 M之间变化时,该薄膜体系也呈现出可逆的CV开关性质。薄膜体系PH敏感的性质是由于在不同PH条件下,薄膜中的P4VP组分和探针之间的静电相互作用不同,而温度和硫酸盐敏感的行为则是由于薄膜中PDEA组分在不同温度和硫酸盐浓度下会发生结构变化。薄膜电极体系的这种三重响应性可被进一步应用于实现PH、温度和硫酸盐浓度控制的葡萄糖的电催化氧化,这里是以溶液中的Fc(COOH)z为媒介体,而以包埋在薄膜内的GOD为酶。