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制备了介孔硅基分子筛、碳分子筛、层状材料和一种有机/有机/无机复合物,利用一种简便的超声方法,我们还将金属钯粒子负载到了介孔材料的孔道内;采用低温氮吸附、透射电镜(TEM)、粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等分析测试手段对这些材料进行了表征;并研究了这些材料在生物传感方面的应用。主要结果归纳如下:
1.血红蛋白在SBA-15上的固定及对H2O2的电催化研究了牛心血红蛋白(Hb)在SBA-15上的吸附。实验结果表明,蛋白质在该介孔材料上的吸附与溶液的pH值有很大关系。吸附的最大值出现在蛋白质的等电点附近。此外,具有较大孔径的SBA-15能够吸附较多量的蛋白质。低温氮吸附曲线表明,所吸附的蛋白质存在于介孔材料的孔道内。紫外光谱的结果表明,吸附在介孔材料上的蛋白质能够保持其生物活性。用所得到的Hb/SBA-15复合物来修饰玻碳电极,循环伏安曲线显示该电极在-0.337和-0.370 V处有一对蛋白质的氧化还原峰出现,由此实现了蛋白质和电极之间的直接电子转移。在此基础上所构建的传感器对H2O2的响应快速灵敏,其响应范围为1×10-8到1×10-7M,检测限为2.3×10-9M。
2.负载钯SBA-15复合物的制备、表征、以及在蛋白质传感方面的应用通过一种简单的、用乙二醇辅助的超声方法,成功地将金属钯粒子负载到硅烷修饰过的介孔SBA-15的孔道内。产物利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和低温氮吸附进行表征。该复合物可以用来实现血红蛋白与电极之间的直接电子转移。电化学研究结果表明,负载在SBA-15孔道内的钯能够促进血红蛋白与电极之间的直接电子转移。用该复合物修饰的电极构建的传感器能够很好地催化H2O2的还原,其响应范围为1.8μM到119.3μM,检测限是0.8μM。
3.血红蛋白在层状α-磷酸锆中的直接电化学以及热稳定性能研究血红蛋白(Hb)被固定到预先剥离的层状材料α-磷酸锆(α-ZrP)的片层中。XRD测试表明,当把HB溶液加入到剥离的α-ZrP悬浮液中时,该层状材料进行了重组,重新生成层状结构并把蛋白质固定在层间。紫外和红外表征结果显示,固定在层间的蛋白质没有发生变性。用所得Hb/α-ZrP复合物进行电化学测试,结果表明,把蛋白质固定在层间不但实现了蛋白质与电极之间的直接电子转移,还提高了它的热稳定性。蛋白质在高达85℃的温度下处理后仍然具有生物活性。用Hb/α-ZrP修饰的玻碳电极构建的生物传感器对H2O2有良好、快速的响应,线性范围为0.2到10.8μM,检测限是0.07μM。
4.构建在聚苯乙烯/聚苯胺/纳米金三组分纳米复合物上的葡萄糖传感器合成了一种新型的、具有核壳结构的纳米复合物聚苯乙烯(PS)/聚苯胺(PANI)/金纳米粒子(Au NPs)。复合物用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶红外(FTIR)进行表征。循环伏安测试结果表明,该复合物在很宽pH值范围内都有一对聚苯胺的氧化还原峰出现。金的加入提高了复合物的导电性。基于该纳米复合物良好的生物相容性和导电性,我们将葡萄糖氧化酶作为研究对象固定在由复合物修饰的玻碳电极上构建了一个葡萄糖传感器。固定的葡萄糖氧化酶显示出一对峰形良好的氧化还原峰,并对葡萄糖的氧化表现出良好的电催化响应,其线性范围为0.04到2.04 mM,检测限为12μM。
5.葡萄糖氧化酶在介孔碳分子筛CMK-3上的直接电化学以介孔二氧化硅SBA-15为模板,合成了一种介孔碳分子筛CMK-3。XRD,TEM以及低温氮吸附测试均表明该介孔碳材料具有与其模板相同的六方孔状有序结构。我们用一种简单的酸处理方法提高了CMK-3在水中的分散性,并把处理后的材料用于修饰玻碳电极。循环伏安扫描结果说明,该材料具有良好的导电性能。基于这一特性,葡萄糖氧化酶被固定到由该材料修饰的玻碳电极上。固定后的葡萄糖氧化酶显示出一对峰形良好的氧化还原峰并对葡萄糖的氧化表现出良好、快速的响应,其线性范围为70到2370μM。检测限为25μM。