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近来,对于血红素蛋白质的直接电化学和电催化的研究越来越受到科研工作者的关注。血红素蛋白质活性中心被大量氨基酸残基及复合结构所包裹,深埋在蛋白质的三维立体结构中间,与电极表面直接电子传递非常困难。另外,蛋白质吸附在纳米材料表面后可能引起变性或者不适宜的接触方向常常导致蛋白质失去活性。因此,为了制备性能优异的传感器,有效的连接血红素蛋白质的活性中心与电极表面,并最大限度的保持血红素蛋白质的生物活性成为最近的研究热点。碳纳米管(CNT)有着其独特的机械、化学及导电性能,在过去的十年倍受青睐,CNT在电子传递、超导、电池和电化学传感器领域有着广泛的应用,其中以CNT纳米复合材料研究其电化学性质为最。TiO2/CNT纳米复合材料表面积大、光学透明、生物适应性和导电性能好,适宜用来固定血红素蛋白质研究其直接电化学和电催化的成膜材料。因此,通过物理或化学的方法将血红素蛋白质吸附在TiO2/CNT纳米复合材料上来修饰电极,可以制备出灵敏度高、选择性好的第三代生物传感器。
首先,通过钛酸正丁酯水解作用制备了TiO2/CNT纳米复合材料,通过静电吸附肌红蛋白后修饰于玻碳电极表面,制备了Mb-TiO2/CNT膜修饰电极,并对此进行了相关电化学实验。该修饰电极在pH6.0磷酸缓冲溶液中的循环伏安曲线有一对近似可逆的氧化还原峰,在pH3.0~10.0范围内,其式电位与pH成线性关系,拟合方程的斜率为46.65 mV/pH,表明了电子传递是单电子传递过程。计算得该修饰电极的电子传递速率常数ks为3.08s-1,证明其电子传递能力比现有的TiO2纳米粒子或纳米管修饰电极得到较大的提高。使用TiO2/CNT修饰电极由计时安培法检测过氧化氢,在1-42μmol/L浓度范围内,其检测限为0.41μmol/L,米氏常数为83.10μmol/L,并且具有很好的稳定性。该检测方法的实验过程简单,结果令人满意。实验证明,这种修饰电极能明显地增强电子传递,增大电极的有效面积,可用于制备检测过氧化氢的生物传感器。
另外,制备了以碳纳米管/硅胶修饰玻碳玻碳电极的新型电化学修饰电极,用来检测多巴胺(DA)。DA在此修饰电极上能产生一对灵敏的氧化还原峰,其灵敏度远远高于裸电极并且其可逆性比裸电极大大增强,△Ep从裸电极的110mV减小至61 mV,可见该修饰电极灵敏度及电子传递速率都得到较大的提高。多巴胺示差脉冲伏安曲线中位于+0.256V的氧化峰电流与其浓度在5.0×10-8~1.0×10-4 mol/L范围内呈线性,最低检测限为1.3×10-8 mol/L(S/N=3)。实验证明,该电极能强烈吸附DA,并且排斥抗坏血酸(AA),从而减小AA对DA测定的干扰,结果令人满意。