血红蛋白在纳米粒子修饰玻碳电极上的直接电化学行为及其应用研究

来源 :南通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Layman_Zhejiang
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目的(1)合成具有核-壳结构的Fe3O4@Pt复合纳米粒子。并构建基于“血红蛋白(Hb)-Fe3O4@Pt-壳聚糖(CS)”的仿生功能界面,实现了对过氧化氢(H2O2)的电化学生物传感。(2)合成一种新颖的Fe3O4/APTES/CdS磁性复合纳米粒子,将Hb组装在该磁性复合纳米粒子修饰的玻碳电极(GCE)上,研究Hb在该仿生功能界面上的直接电化学行为,构筑新颖的H2O2生物传感器。(3)合成Pt纳米粒子,研究其对CdS纳米晶体(NCs)的电致化学发光性能的影响;并构建基于Hb与Pt/CdS纳米复合粒子层层组装的生物传感器。(4)将红细胞(RBCs)成功固定在金纳米粒子(Au NPs)上,研究膜内Hb跨膜电子转移行为,构建一种新型的生物传感器。方法(1)合成四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子,将其作为核,再将铂纳米粒子(Pt)还原在其表面,形成具有核-壳结构的Fe3O4@Pt复合纳米粒子。利用静电吸附作用将带有正电荷的Hb固定在带有负电荷的Fe3O4@Pt复合纳米粒子修饰的GCE表面,利用透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-vis)、循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗(EIS)等方法对复合纳米粒子及Hb组装过程进行了表征。研究Hb在该复合纳米粒子修饰电极表面的直接电化学行为及对H2O2的电化学生物传感。(2)采用水相共沉淀法合成了Fe3O4纳米粒子,并通过3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)将Fe3O4纳米粒子表面修饰上氨基(-NH2),再与CdS纳米粒子进行包裹反应,合成一种新颖的Fe3O4/APTES/CdS磁性复合纳米粒子,运用TEM、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)等多种手段进行表征。并将Hb组装在该磁性复合纳米粒子修饰GCE上,研究Hb在该修饰电极表面的直接电化学行为及对H2O2的电化学生物传感。(3)合成柠檬酸盐体系的Pt纳米粒子;通过对一系列含有固定CdS NCs量及不同Pt NPs量的Pt/CdS纳米复合粒子的ECL信号的分析,获得增强CdSNCs发光的最佳Pt NPs量(4μL Pt NPs与1mL CdS NCs定容至10mL,记录为Pt0.004/CdS1);利用层层组装(LBL)技术,将Hb与Pt/CdS纳米复合粒子层层进行组装,获得最佳组装层数,构建了基于{Hb-Pt0.004/CdS1}4-CS修饰GCE的无电子媒介体的电流型生物传感器。(4)将RBCs固定在Au NPs-CS修饰GCE表面,采用原子力显微镜(AFM)和TEM对其形貌进行表征,并研究了RBCs内的Hb跨膜电子转移行为及其对H2O2电化学生物传感行为。结果(1) TEM图可表征Pt纳米粒子成功地还原在Fe3O4纳米粒子表面,得到Fe3O4@Pt复合纳米粒子;Hb成功组装在Fe3O4@Pt复合纳米粒子修饰GCE上,发现Hb保持了其原有的电化学活性并对H2O2具有良好的电催化性能。在pH7.0PBS溶液中,可以观测到Hb的一对准可逆的氧化还原峰,氧化还原峰电位分别位于-0.32V和-0.38V,式量电位E0’为-0.35V,表明Fe3O4@Pt纳米粒子能成功固定Hb。构建的基于“Hb-Fe3O4@Pt-CS”的仿生功能界面成功实现了对H2O2的检测,线性范围为2.8×10-6至1.4×10-2mol/L,检测限为4.2×10-8mol/L (S/N=3)。(2)成功合成了一种新颖的Fe3O4/APTES/CdS磁性复合纳米粒子,并将Hb与Fe3O4/APTES/CdS磁性复合纳米粒子交替组装在CS修饰GCE上。在pH7.0PBS中,Hb-Fe3O4/APTES/CdS-CS修饰GCE于-0.30V与-0.38V处可观察到Hb的一对准可逆的氧化还原峰,式量电位E0’为-0.34V,同时固定在该修饰电极上的Hb保持了其原有的生物活性,对H2O2具有良好的催化性能,线性范围为2.8×10-6至1.7×10-2mol/L,检测限为4.0×10-7mol/L(S/N=3)。(3)通过对一系列含有固定CdS NCs量及不同Pt NPs量的Pt/CdS纳米复合粒子的ECL信号的分析,发现适当浓度的Pt纳米粒子能增强CdS纳米粒子的发光强度,而在此浓度之上,则表现出猝灭作用。Hb与Pt/CdS纳米复合粒子层层组装的最佳层数为4,对H2O2良好的电催化响应表明层层组装的Hb仍然保持了其原有的生物活性。(4)成功地将RBCs固定在Au NPs上,膜内Hb保持了其原有的生物活性。在pH7.0PBS中,循环伏安图中可以观察到Hb一对典型的Fe(III)/Fe(II)氧化还原峰,分别位于-0.32V和-0.38V,式量电位E0’为-0.35V,电子转移速率为0.89/s,说明RBCs内的Hb成功实现了跨膜直接电子转移。构建的RBCs/Au NPs-CS修饰的GCE同时也呈现了对H2O2良好的电催化活性,线性范围为5.3×10-6至1.4×10-2mol/L,检测限为1.8×10-7mol/L (S/N=3),获得了一种新型的生物传感器。结论(1)成功合成了核-壳结构的Fe3O4@Pt复合纳米粒子,并将Hb固定在该复合纳米粒子修饰的GCE表面,构筑了“Hb-Fe3O4@Pt-CS”仿生功能界面,成功实现Hb直接电子转移的同时完成了对H2O2的电化学传感。(2)合成的Fe3O4/APTES/CdS磁性复合纳米粒子能成功固定Hb,Hb在该修饰电极表面实现了快速电子转移,且对H2O2展现了良好的催化性能,构建了一种新颖的H2O2生物传感器。(3)实验发现适当浓度的Pt NPs能增强CdS NCs的发光强度,并将Hb与Pt/CdS纳米复合粒子层层组装在CS修饰GCE上,构建了基于{Hb-Pt0.004/CdS1}4-CS修饰GCE的无电子媒介体的电流型生物传感器。(4)成功实现了固定在Au NPs上的RBCs内的Hb的跨膜直接电子转移,同时构建了基于RBCs/Au NPs-CS修饰GCE的H2O2生物传感器。
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