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纳米材料修饰电极及其在蛋白质电分析化学中的应用研究

张成林  
【摘要】:21世纪纳米技术引起了世界各国政府和科学界的高度关注,掀起了新一轮 的技术浪潮,它已经成为人们关注的焦点、研究的重要领域,毫无疑问,“纳米 科技革命”已经来临。当物质单位小到纳米量级时,会产生特殊的表面效应、体 积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,其电学、磁学、光学和化学性质也 相应的发生显著的变化,呈现出常规材料不具备的优越性能。因此,纳米微粒在 催化、电子材料、微器件、增强材料及传感器材料等方面有着广阔的应用前景。 电化学过程与电极材料的表面性质有关,如果将纳米材料修饰在电极的表面,基 于其尺寸效应和介电限域效应等特性,能够增大电流响应,降低检测限,大大提 高检测的灵敏度,可以用于许多微量的生物活体样品的分析。 人类基因组序列分析提前完成后,蛋白质组学(proteome)研究引起了生命 科学工作者的极大关注。近年来,在生物电化学领域中,对蛋白质的电化学性质 研究引起了广泛的兴趣和重视。氧化还原蛋白质的直接电化学研究,对于理解和 认识它们在生命体内的电子转移机制和生理作用具有重要意义。但迄今为止,只 观察到少数氧化还原蛋白质在裸固体电极上表现出电化学活性。这主要是由于多 数蛋白质的电活性基团被深埋在其多肽链的内部,很难与电极表面直接交换电 子;蛋白质在电极表面的取向往往不利于其电活性基团与电极的电子交换;某些 杂质在电极表面上的吸附或蛋白质本身的吸附变性可能阻碍它们与电极间的直 接电子转移,得不到有效的电流响应,使其直接电化学研究受到很大的限制。 纳米粒子的多孔结构能活化电极表面,加速蛋白质的活性中心与电极间的直 接电子传递,同时最大限度的保持蛋白质的生物活性。将纳米技术应用于蛋白质 的电分析化学研究,是一个崭新的领域,有利于原创性地建立一些新理论、新技 术和新方法。涉及本课题研究的领域,在国际上正在突起,国内也刚刚起步,有 许多基本理论、方法和应用问题亟待进行系统而深入的研究,进而为开拓这一新 兴领域奠定基础。本论文工作努力实现将纳米技术,蛋白质和电分析化学三者结


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