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过氧化氢酶及人工过氧化物酶直接电化学研究

作　者: 杨卫云
导　师: 洪军
学　校: 河南大学
专　业: 动物学
关键词: 过氧化氢酶人工酶循环伏安法直接电化学生物传感器
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文工作主要采用纳米高分子材料纳米金和修饰有羧基的多壁碳纳米管的有利结合，利用电化学循环伏安方法实现了以血红素为中心的蛋白质的直接电化学研究，成功将过氧化氢酶、自组装构建的人工酶与新型纳米复合材料膜连接并修饰于玻碳电极表面，制备第三代酶生物传感器，运用电化学循环伏安法分析过氧化氢酶及人工酶电化学反应机制为固化机制，且制备的酶生物传感器对底物H₂O₂具有很好的响应。采用电子透射技术及直接电化学方法，研究了过氧化氢酶与人工酶的结构、直接电化学特性、机制、电化学酶促动力学参数测量等。主要实验方法为循环伏安法、时间电流扫描及交流阻抗方法。主要工作包括：（1）不同修饰材料循环伏安曲线对比；（2）修饰电极在不同扫描速度下机制的研究；（3）不同pH对修饰电极的影响；（4）不同修饰材料交流阻抗的研究；（5）修饰电极对不同浓度H₂O₂的响应。首先，研究了过氧化氢酶的直接电化学：利用纳米复合材料制备CAT-AuNPs膜修饰新型酶生物传感器，采用循环伏安法结果可得一对准可逆的氧化还原峰，式电势为-0.451V（vs SCE），随着溶液pH值的增加峰电流值呈负向移动。该酶电极还原峰电流随溶液中H₂O₂浓度的增加而增大。当H₂O₂浓度在1nmol/l-1μmol/l之间，酶电极的还原峰电流符合线性关系，其检测限为0.5nmol/l，动力学表观米氏常数K_m^app为0.34μmol/l，异相电子转移常数（ks）为8.72s^-1.第二，由Gemini-iminidazole-heme-SDS构建的人工酶直接电化学研究：采用pH值7.0，浓度为12mmol/l的heme和0.8mmol/l的Gemini、3mmol/l的iminidazole、90mmol/l的SDS纳米胶团溶液自组装构建人工酶，用纳米高分子材料Nafion固定在修饰有纳米复合材料的玻碳电极上，构建了纳米簇人工过氧化物酶生物传感器；该酶生物传感器具有很好的稳定性和电化学活性，能够替过氧化物酶构建第三代生物传感器。利用循环伏安法测得该人工酶在-0.6-0.6V电压下有一对准可逆的氧化还原峰，酶与电极之间电子迁移速度常数ks为5.4s^-1。利用电线扫描方法测量人工酶催化浓度为0.03^-160μmol/l的过氧化氢（H₂O₂），其阴极峰电流随H₂O₂浓度增加而增大，且符合线性关系，其检测限为0.03μmol/l，动力学表观米氏常数K_m^app为0.034±0.003mmol/l。第三，由SDS+细胞色素c构建的人工酶直接电化学：这种由阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠（SDS）与细胞色素c通过自组装的方法构建的纳米超分子结构不仅具有很好的稳定性和酶活性，而且通过纳米复合材料可固定化于电极上，实现与电极间的直接电子传递。该修饰电极具有一对明显的氧化还原峰，在扫描速度为0.05V/s时式电势E°′为59±2mV （vs. Ag/AgCl）。电化学方法测得其人工酶的动力学表观米氏常数K_m^app为0.27±0.02μmol/l,电子传递速率常数ks为2.1±0.1s^-1.该修饰电极实现对过氧化氢的检测，为研制第三代生物传感器奠定基础。由实验数据我们得出以下结论：1、成功的利用纳米复合材料将过氧化氢酶及人工过氧化物酶酶固定化与电极上；2、过氧化氢酶与人工酶对较低浓度的H₂O₂均具有很好的响应和高的催化效率；3、成功的构建第三代酶生物传感器。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-12
引言  12-20
  1.1 CAT 研究现状与进展  12-15
    1.1.1 过氧化氢酶的结构特点和功能  12-13
    1.1.2 过氧化氢酶修饰电极的制备方法  13-14
    1.1.3 过氧化氢酶的研究进展  14-15
  1.2 人工酶的研究现状与进展  15-17
    1.2.1 人工酶的定义  15
    1.2.2 人工酶模型  15-16
    1.2.3 人工酶的研究现状  16-17
  1.3 氧化还原酶直接电化学生物传感器研究进展  17-19
    1.3.1 酶生物传感器的研究进展  17
    1.3.2 氧化还原酶直接电化学  17-18
    1.3.3 氧化还原酶的固定化  18
    1.3.4 电化学分析法  18-19
  1.4 本论文目的及研究思路  19-20
2 过氧化氢酶直接电化学  20-30
  2.1 实验部分  21-22
    2.1.1 仪器  21
    2.1.2 试剂  21
    2.1.3 试剂配制  21-22
  2.2 CAT-AuNPs 膜修饰电极制备  22-23
  2.3 实验结果与讨论  23-28
    2.3.1 循环伏安法测量 CAT 与修饰材料循环伏安曲线对比  23-24
    2.3.2 不同扫描速度下，过氧化氢酶电化学反应机制  24-26
    2.3.3 过氧化氢酶在不同 pH 缓冲溶液中循环伏安曲线对比  26-27
    2.3.4 过氧化氢酶催化不同浓度 H_2O_2及检测限值  27-28
    2.3.5 CAT 直接电化学不同修饰方法的参数值比较  28
  2.4 小结  28-30
3 脂质体结构过氧化物人工酶直接电化学研究  30-38
  3.1 实验部分  31-32
    3.1.1 仪器  31
    3.1.2 试剂  31
    3.1.3 人工酶的构建  31-32
  3.2 实验结果与讨论  32-37
    3.2.1 不同修饰玻碳电极的循环伏安曲线  32
    3.2.2 修饰电极不同扫描速率循环伏安图  32-34
    3.2.3 不同溶液 pH 对酶电极的影响  34-35
    3.2.4 电化学线性扫描测量人工酶对不同浓度 H_2O_2的检测  35-37
    3.2.5 不同修饰方法参数值比对  37
  3.3 小结  37-38
4 纳米胶团过氧化物人工酶直接电化学研究  38-48
  4.1 实验部分  39-41
    4.1.1 仪器  39
    4.1.2 试剂  39
    4.1.3 试剂配置  39
    4.1.4 细胞色素 c 三维结构图  39-40
    4.1.5 SDS+细胞色素 c 人工酶修饰电极示意图  40-41
  4.2 实验结果与讨论  41-45
    4.2.1 不同修饰材料循环伏安曲线对比  41-42
    4.2.2 电化学测量人工酶及各个修饰材料交流阻抗  42-43
    4.2.3 循环伏安法测量人工酶电化学反应机制  43-44
    4.2.4 溶液 pH 对修饰电极的影响  44-45
    4.2.5 酶修饰电极对不同浓度 H_2O_2的检测  45
  4.3 小结  45-48
5 结论  48-50
参考文献  50-60
致谢  60-62
攻读学位期间发表的学术论文目录  62-63

过氧化氢酶及人工过氧化物酶直接电化学研究

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