基于纳米颗粒电化学生物传感技术地研究论文

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1、华中科技大学博士学位论文摘要生物分子参与完成生命体中的新陈代谢等许多生理过程，在这些生命过程中很多生物分子都要经历电子转移过程。从一定意义上讲，研究生命过程实质上就是研究生物体中的电子传递过程。电化学方法用来研究生物分子的电子传递过程有着特别的优势，不仅可以测定其基本的热力学和动力学参数，而且可以揭示生物体系中电子转移机理，对于制备电化学生物传感器以满足生物医学、环境检测和工业快速分析的需要具有重要意义。纳米材料具有独特的物理和化学特性，能促进生物分子的活性中心与电极间的直接电子交换，同时最大限度地保持

2、生物分子的活性。因此，将纳米技术应用于生物分子电化学分析研究，有利于创新性地建立一些新理论、新技术和新方法，是一个很有前景的领域。本论文利用CdTe和CdSe纳米颗粒（量子点，QD）以及铂纳米颗粒作为修饰材料，构建了一系列新型生物传感器，并对其电化学性质进行了研究。主要研究结果如下：（1）将水溶性CdTe纳米颗粒和血红蛋白（Hb）混合修饰在玻碳（GC）电极表面，并用Nafion将其固定，制备了稳定的Nafion/Hb-CdTe/GC电极。利用循环伏安（CV）法和安培法详细研究Hb的直接电化学行为和对H2

3、O2的催化动力学过程。实验表明，利用CdTe纳米颗粒可实现Hb的直接电化学，促进Hb与电极之间的电子-1传递，电子转移速率常数k为0.068s，传递系数α为0.59。同时，表面固定的Hb仍然保持对H2O2的催化活性，其表观米氏常数为17.7μM。修饰后的电极可用于检-6-5-7测H2O2，其线性检测范围为5.0×10~4.5×10M,检测限为8.4×10M（S/N＝3）。修饰电极具有较高的灵敏度，并具有较好的重现性和稳定性。（2）采用多种方式将脂溶性CdSe/ZnS量子点与辣根过氧化物酶（HRP）共同修

4、饰到GC电极表面，实验表明，只有当脂溶性量子点以蒸发沉积的方式修饰时，HRP在该修饰电极上才能发生明显的直接电子传递，电子传递速率常数为5.80±0.70-1s。紫外和红外光谱表明HRP在此电极表面的构象没有发生明显变化。进一步研究I华中科技大学博士学位论文表明，此修饰电极对H2O2有良好的催化活性，其表观米氏常数为0.152mM。修饰-6-4后的电极可用于检测H2O2，其线性检测范围为5.0×10~1.0×10M，检测限为-72.84×10M，且具有良好的可重复性和稳定性。这说明核壳结构的量子点可以实

5、现蛋白质与电极的直接电子传递，且这一电化学行为与量子点在电极表面的修饰方式直接相关。（3）采用不同的手段对脂溶性CdSe/ZnS量子点在HRP表面的蒸发沉积进行表征，研究了沉积时间和沉积温度对HRP催化活性影响。确定了量子点的蒸发沉积的最佳条件，并对该条件下制备的修饰电极的电化学行为进行了详细的研究。结果表明，量子点于35ºC下沉积7hr对HRP的直接电子传递有很好的促进作用。在此条-8-2-11件下，量子点和HRP在电极表面的覆盖量分别为5.56×10molcm和6.47×10mol-2-1cm，HR

6、P的的电子传递速率为6.01s。（4）在负载有巯基丙酸修饰CdTe纳米颗粒的半胱氨酸（Cys）自组装修饰电极上固定了Trametesversicolor漆酶，利用循环伏安法和安培法研究了它的直接电化学行为和对抗坏血酸（AA）的催化动力学过程，发现漆酶在CdTe纳米颗粒存在情况-1下可与电极发生直接电子传递，电子传递速率常数k为21.7s，传递系数α为0.47。固定的漆酶保持对AA的催化活性，其表观米氏常数为0.47mM。修饰后的电极可以-5-4-6用来检测溶液中的AA，其线性检测范围为1.0×10~1.

7、4×10M，检测限为1.4×10M（S/N＝3），且具有较好的灵敏性、可重复性和稳定性。（5）使用循环伏安电沉积的方法，在铂盘电极上均匀地沉积了铂纳米颗粒。结果表明，该方法制备的铂纳米颗粒修饰铂电极（PNP/Pt）对水杨酸（SA）有良好的电催化氧化能力，可以在弱碱环境下检测SA，对SA的响应电流是修饰前的9.2倍，-5-4其线性检测范围为2.0×10~5.0×10M，并具有高的重复性和稳定性，能可靠地应用于SA的检测。关键词：电化学生物传感器纳米颗粒电子传递电催化II华中科技大学博士学位论文Abstra

8、ctBiomoleculesplayimportantroleinmetabolismandotherimportantphysiologicalproeesses，whicharecharaeteristicsofelectrontransferbetweentheiroxidationandreductionstates.Therefore，tostudytheproeessoflifeistoinvestigatetheelectro