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新型纳米材料修饰电极及其对蛋白质的生物电化学研究

刘梅川  
【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和研究的重要领域,毫无疑问,“纳米科技革命”已经来临。 当物质小到纳米数量级时,会产生独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,其电学、磁学、光学和化学性质也相应地发生显著的变化,呈现出常规材料不具备的优越性能。因此,纳米材料在催化、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。 蛋白质和酶等生物大分子是构成生命的主要基元,参与完成生命体中的新陈代谢等许多生理过程,同时在这些生命过程中很多蛋白质和酶都要经历电子转移过程,在其氧化型和还原型之间相互转化。从某种意义上讲,研究生命过程实质上就是研究生物体中的电子传递过程。因此,用电化学方法来研究蛋白质的电子传递过程有着特别的优越性。 氧化还原蛋白质在电极上的电化学研究是生物电化学界和生命科学界非常关注的研究问题。它的研究对于人们获得蛋白质的热力学和动力学性质,深入认识蛋白质和酶等生物大分子在生命体内的生理作用及电子传递反应、传递机制以及开发新型生物传感器、新型生物燃料电池等生物电子器件具有重要的理论和应用指导意义。因此,寻找更有效的方法实现蛋白质的直接电化学、通过研究蛋白质的直接电子转移以进一步揭示生物体系氧化还原过程的机制、制备性能优越稳定可靠的第三代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,必将成为该领域的发展趋势。 纳米材料独特的比表面积大、催化活性高、亲和力强的特点,使其能活化电极表面,加速蛋白质的活性中心与电极间的直接电子转移,同时最大限度地保持蛋白质的生物活性。将纳米技术应用于蛋白质的电化学分析研究,是一个崭新的领域,有利于创新性地建立一些新理论、新技术和新方法。 本论文工作是导师金利通教授领导的国家自然科学基金项目和高等学校博士点基会项目的部分工作内容,致力于研制新型纳米材料和纳米修饰电极(电化学传感器),以量子点、SiO_2等多种纳米材料作为氧化还原蛋白质反应平台,构


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