收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

纳米多孔金属材料在生物催化和生物传感中的应用研究

邱华军  
【摘要】:本论文采用腐蚀合金(去合金)方法制备了一系列纳米多孔金属材料,并对其进行了基本的表征。研究了生物大分子催化剂酶在纳米多孔金属表面的固定化,固定化酶的基本酶学性质,以及酶的直接电化学性质。结合多孔金属自身的电催化性质和酶的催化性质,探索了多孔金属固定化酶在电化学生物传感器及生物燃料电池方面的潜在应用。此外,尝试研究了纳米多孔金属材料的表面增强拉曼散射性能及其潜在的应用。 1.漆酶在多孔纳米金上的固定:固定方法和粒度效应的比较研究 通过对金银合金中银的去合金腐蚀制得纳米多孔金(NPG),将NPG用作漆酶的固定化载体。采用三种固定化策略,即物理吸附、静电吸引和共价偶联,将漆酶固定在NPG上。根据漆酶的固载量、比活性及泄漏量对三种方法进行了比较研究。结果表明,物理吸附法是漆酶在NPG上固定的最好策略。分析表明这是由于纳米金表面与漆酶表面残余氨基酸之氨基之间可形成了共价键。NPG的粒度大小对漆酶固载量及酶动力学有影响。小的NPG的粒径有利于更多的漆酶进入内孔被固定住,也有利于酶底物及其氧化产物的传质,即小粒径的NPG载体更有利于漆酶催化转化反应。 2.漆酶在纳米多孔金表面的固定及直接电子转移 通过腐蚀方法以及腐蚀后的热处理,制备了一系列孔径的纳米多孔金,通过扫描电镜和氮气吸附技术等对纳米多孔金的形貌进行了表征。漆酶通过物理吸附的方法固载到多孔金表面。详细研究了孔径大小对固定化漆酶酶学性质的影响。结果表明,拥有40-50 nm的多孔金是漆酶的适宜载体。与游离酶相比,固定化酶的最佳pH值没有改变,但最佳反应温度从40℃上升到60℃固定化酶的储存稳定性也有了很大的提高。利用漆酶固载的多孔金构建了漆酶电极,并实现了漆酶的直接电化学。此漆酶修饰的多孔金电极表现出强的生物电催化还原氧的性能。由此可见纳米多孔金是良好的漆酶固定化载体。此固定化酶在生物燃料电池和生物传感器方面具有潜在应用。 3.纳米多孔金表面木质素过氧化物酶的固定化,酶学性质及过氧化氢原位释放 基于前期工作,本研究尝试用纳米多孔金为载体对木质素过氧化物酶(LiP)进行固定化。通过腐蚀金银合金的方法制备了孔径为40-50nm的多孔金。通过吸附方法,LiP被成功地固定到多孔金表面。固定化酶的最佳反应温度为40℃,高出游离酶10℃。储存在45℃2小时后,固定化酶仍保持有55%的初始活力,而游离酶几乎完全失活。此外,通过共固定化的葡萄糖氧化酶催化转化葡萄糖反应原位释放H202获得了高的持续的LiP活力。此共同固定化酶体系可有效地降解染料。 4.基于酶修饰的纳米多孔金的电化学传感器 基于纳米多孔金独特的物理化学性质,本章工作尝试构建了基于纳米多孔金的电化学传感器。与平面金电极相比,纳米多孔金修饰的玻碳电极表现出对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和过氧化氢高的电催化活性。多孔金高的电催化活性应该是由于它含有大量的活性位点和高的比表面积。当多孔金电极担载醇脱氢酶或葡萄糖氧化酶后,该酶修饰的多孔金电极可以灵敏检测乙醇或葡萄糖。由于多孔金结构的匀称、电催化活性强,该醇脱氢酶或葡萄糖氧化酶修饰的多孔金电极表现出对乙醇或葡萄糖良好的电分析性能。多孔金对酶的稳定化作用使得此酶电极非常稳定。在4℃下储存一个月,醇脱氢酶和葡萄糖氧化酶修饰的多孔金电极仅分别丧失初始电流响应的5.0%和4.2%。所有结果说明多孔金是一个良好的构建生物传感器材料。 5.一种新型的纳米多孔金修饰电极用于抗坏血酸存在下多巴胺的选择性测定 在常规的多巴胺(DA)的电化学检测中,共存的抗坏血酸(AA)往往产生干扰。为了解决这个问题,人们已经尝试了许多修饰电极。在本章工作中我们利用不同孔径的NPG作为电极材料,研究了AA和DA在不通孔径NPG电极上的电化学行为。结果表明,由于NPG/GCE的表面积大,大幅度提高了DA和AA的电化学检测灵敏度。结果还表明,AA的电极氧化是一个扩散控制的过程,而DA的氧化是一个吸附控制过程。这一性质可使两者的氧化峰电位很好地分开,使抗坏血酸存在下多巴胺(DA)的选择性测定成为可能。当使用差分脉冲伏安法(DPV)检测时,检测限为17nM(36信噪比)。该NPG修饰电极具有良好的灵敏度,选择性和重复性。 6.辣根过氧化物酶在纳米多孔铜上的固定化及其潜在电化学检测应用 本章中我们尝试了利用纳米多孔铜代替多孔金作为酶的固定化载体。孔径大小为100-200nm的纳米多孔铜通过在5%(w/w)的盐酸水溶液中腐蚀铜铝合金制得,并用扫描电镜和氮气吸附等技术对其进行了表征。辣根过氧化物酶通过吸附的方法固定在多孔铜表面。由于酶分子与多孔铜表面可能存在多点作用,与游离酶相比,固定化酶的热稳定性有了很大程度的提高。在50℃下储存2小时,固定化酶仍然保持初始活力的90%,然而游离酶仅保持初始活力的10%。当然,酶与多孔铜表面的接触也使得固定化酶的Km值从0.43 mM增加到0.80 mM,Kcat值从8.1×103min-1降到2.2×103min-1。基于多孔铜电极好的导电性和电催化性能,我们构建了联苯二胺电化学传感器。传感器的线性范围是0.5μM-14.5μM,灵敏度为0.37μAμM-1。此传感器拥有令人满意的重复性和稳定性。在-0.45 V下工作200s,电流值仍能保持初始值的80%。对五个同样方法制备的电极,相对标准偏差为4.5%。所有结果说明多孔铜是一个好的辣根过氧化物酶载体,并且低的价格有利于它的大规模应用。 7.腐蚀银铝合金制备单片纳米多孔银作为表面增强拉曼散射基底:结构演变及表面修饰的影响 应用SERS技术进行分子的高灵敏度检测依赖于均匀纳米结构金属基底的构建。在本章中,通过化学腐蚀银铝合金的方法制备了稳定均匀的纳米多孔银(NPS)并研究了多孔银结构变化对SERS信号的影响。发现腐蚀条件影响其形态(系带/孔径尺寸)及结晶情况,二者决定了罗丹明6G在NPS上的SERS信号。具有孔径小、Al残余低及结晶良好的NPS可以得到较强SERS信号。室温下Ag30Al70经2.5% HCl腐蚀15分钟并在85℃下陈化15分钟得到的NPS可使罗丹明6G的拉曼信号增强了7.5×105倍。在NPS表面覆盖Ag纳米颗粒后,由于系带与纳米颗粒之间强烈的近场耦合作用,信号可进一步增强至1.6×108倍。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 姜泽春,章振根,莫德明,陈大梅;纳米金的迁移富集与黄铁矿富金关系[J];矿产与地质;1998年06期
2 ;台湾交大研发纳米金球一滴血测肿瘤细胞转移[J];纳米科技;2009年01期
3 丁艳君,王桦,李继山,沈国励,俞汝勤;纳米金-蛋白A介导抗体定向固定的压电传感及电化学特性研究[J];高等学校化学学报;2005年02期
4 张敏;程发良;蔡志泉;姚海军;;血红蛋白在纳米金修饰电极上的电化学研究[J];化学研究与应用;2008年07期
5 谭军;;美研制出具有优异光学效应的杯状纳米金材料[J];功能材料信息;2009年03期
6 李中春;顾爱军;周全法;;[R_1R_3IM]~+[BF_4]~-离子液体中链状纳米金的制备[J];稀有金属材料与工程;2009年08期
7 贺艳斌;;纳米金修饰电极的电化学研究[J];广州化工;2009年09期
8 王静;易中周;李自静;;柠檬酸钠溶液中金纳米粒子的简易制备[J];云南化工;2011年01期
9 钟霞,袁若,柴雅琴,赵勤,刘颜,唐点平,戴建远;超灵敏葡萄糖生物传感基于自组装纳米金和(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷凝胶溶胶(英文)[J];西南师范大学学报(自然科学版);2004年06期
10 李中春;周全法;;TritonX-100/Vc/H_2O微乳液中纳米金的合成[J];稀有金属材料与工程;2007年12期
11 温桂清;梁爱惠;谭茂宁;蒋治良;;废水中铜的纳米金共振散射光谱分析[J];环境科学与技术;2009年06期
12 汪海燕;王晔;宋琼;金葆康;;葡萄糖在纳米金修饰金电极上电化学行为研究[J];分析科学学报;2007年02期
13 范金宁;;对纳米金免疫传感器的初步研究[J];辽宁科技学院学报;2008年04期
14 戴松林;妮娜;王莹;麦慧敏;;壳聚糖-纳米金-葡萄糖氧化酶生物传感器的制备及其应用于葡萄糖的测定[J];理化检验(化学分册);2009年04期
15 张万强;王宏胜;许志红;吴朝阳;;以纳米金-壳聚糖为固定化载体的酶放大压电免疫传感器的研究[J];化学与生物工程;2009年12期
16 谢成根;年亮亮;陈正华;张玉梅;李淮芬;;纳米金修饰电极上苯二酚的电催化及分析应用[J];皖西学院学报;2010年05期
17 刘志国,胡舜钦,沈国励;基于褐藻酸钠纳-米金复合物作非酶标记的新型电化学免疫传感器的研制[J];理化检验.化学分册;2004年08期
18 冷鹏;李其云;郑岩;王辉;;纳米金修饰玻碳电极对甲醛的电催化氧化[J];化学分析计量;2006年02期
19 任洪波;万小波;张林;杜爱明;修鹏;;种子法制备金掺杂二氧化硅气凝胶[J];强激光与粒子束;2006年05期
20 刘丽强;彭池芳;金征宇;胥传来;;纳米金技术的发展及在食品安全快速检测中的应用[J];食品科学;2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李丹;邵东贝;方文军;郭永胜;许莉;;亲油性纳米金的制备与催化性能研究[A];中国化学会第五届全国化学推进剂学术会议论文集[C];2011年
2 张现峰;杜学忠;;亚胺二乙酸功能化纳米金检测肌红蛋白[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
3 谢微;沈爱国;胡继明;;金纳米花生的制备及其SERS效应研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
4 鲁闻生;李津如;苏延磊;江龙;;空心纳米金微球的制备[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
5 朱亚琦;马洁;;以纳米金提高固定蛋白A的稳定性研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
6 李雪礼;周瀚成;郭术;邓友全;;室温离子液体中纳米金的可控合成[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
7 强金凤;王瑞娟;张金贵;沈明;;反相微乳液中CTAB包裹的纳米金的原位还原法合成[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
8 杨维英;周霞;贺剑锋;李向军;袁倬斌;;基于磁性纳米材料和纳米金组装的电化学传感器对砷的研究[A];中国化学会第十五届全国有机分析及生物分析学术研讨会论文集[C];2009年
9 张毅;漆红兰;张成孝;;纳米金组装界面上N-(4-氨基丁基)-N-乙基-异鲁米诺-过氧化氢体系电致化学发光行为研究[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
10 袁敏;刘燕;郭荣;;基于纳米金的尿酸生物传感器[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴萍;新型纳米催化剂的设计及用于特定细胞与细胞中重要小分子的检测[D];南京师范大学;2013年
2 刘雪平;基于纳米金信号转换和信号放大的新型生物传感技术研究[D];湖南大学;2009年
3 李文清;纳米金在雄性生殖毒理和雄性避孕中的功能研究[D];中国科学技术大学;2014年
4 印会鸣;脱合金法制备纳米多孔金属和金属氧化物及其催化性能研究[D];山东大学;2010年
5 董文娟;N-乙酰基-L-半胱氨酸修饰的金纳米的合成及其在传感器中的应用[D];山西大学;2010年
6 夏玮;纳米金电化学生物传感技术研究[D];华中科技大学;2011年
7 李文静;纳米金薄膜电极和纳米多孔钯电极的制备、修饰与电催化研究[D];山东大学;2011年
8 王康林;纳米金共振散射相关光谱及其应用[D];上海交通大学;2008年
9 曲文刚;金属纳米粒子表面等离子体共振效应的调控及相关应用[D];中国科学技术大学;2013年
10 Damra Elhaj Mustafa Abbass;金纳米的制备、性能、标记和催化应用研究[D];华中师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓文歆;光子晶体与纳米Au耦合效应及其对染料电池改性的研究[D];上海交通大学;2010年
2 鲁理平;纳米金修饰电极在生物电化学中的应用[D];安徽大学;2001年
3 鲁卫平;以纳米金为报告系统的病原体快速检测基因芯片的研制[D];第三军医大学;2003年
4 邱思远;纳米金阻止VEGF165与VEGFR2结合的原子力显微镜研究[D];暨南大学;2010年
5 范保林;ATRP法在纳米SiO_2表面接枝聚合物及其应用研究[D];合肥工业大学;2010年
6 丁收年;纳米金修饰巯基化合物自组装膜的界面电化学及其应用[D];安徽大学;2003年
7 李辉;纳米金对聚合酶链式反应的影响及其机制研究[D];厦门大学;2008年
8 闵丽根;基于无机纳米材料构建的癌胚抗原免疫传感器的研究[D];西南大学;2010年
9 李群芳;采用一系列物质为电子媒介体纳米金颗粒增强新型葡萄糖生物传感器的研究[D];西南师范大学;2004年
10 何乃霞;银膜纳米缝簇倏逝波与表面等离子体激元辐射的研究[D];山东师范大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘俊;“纳米食品”安全存疑[N];广州日报;2010年
2 本报记者 童岱;刘扬:发现“神水”之毒[N];北京科技报;2009年
3 记者 任荃;纳米金球让基因拷贝不走样[N];文汇报;2006年
4 何屹;纳米金晶簇的催化活性与大小有关[N];科技日报;2008年
5 王德禧;纳米塑材进军生物医学领域[N];中国化工报;2006年
6 ;金价走高难挡“金书”收藏热潮[N];深圳商报;2005年
7 雯心;无创检查早期转移肿瘤[N];健康报;2007年
8 胡唯元;“纳米试纸”:致命疾病早知道[N];科技日报;2004年
9 《经济参考》报记者 王一娟;中国科学家多年少[N];新华每日电讯;2000年
10 韩煜;纳米技术产品已走进千家万户既要打假也要保护[N];北京科技报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978