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天青蛋白在自组装单分子膜上的电化学现场SERS光谱研究

张玲  
【摘要】:天青蛋白是蓝铜蛋白里一种具有代表性的单核铜蛋白,在生物体内起到氧化还原和电子传递的作用。目前有关天青蛋白的报道多局限于常规的电化学方法研究其电子传递过程的动力学特征等方面,而常规电化学技术所得到的信息是电极表面上各种信息的总和,只能从宏观的、经验的角度来进行分析和讨论,不具备分子水平分析的能力,无法确认大多数电极上反应的中间态、中间产物的结构和组成,从而很难获得对反应机理的令人信服的解释,而大多数氧化还原蛋白分子的活性位由于其配位结构特征而具有采用共振Raman光谱进行研究的可能性。这为本文采用表面增强共振Raman拉曼光谱技术研究其氧化还原过程提供了非常良好的前提条件。 本文在我们小组前期已有的天青蛋白及其活性中心组成氨基酸研究的基础上,采用SERS光谱以及AFM、XPS等手段对其活性中心另一个组成氨基酸甘氨酸以及用于天青蛋白分子固定目的的端基功能化混合自组装单层膜的结构进行了表征与分析。在此基础上,进一步采用电化学现场SERS光谱对吸附于端基功能化自组装单分子膜修饰电极表面的天青蛋白进行较为系统的研究,以期在分子水平上揭示天青蛋白电子传递过程中的分子间相互作用与结构信息。 本文研究内容主要分为以下三部分:(1)在结合理论计算分析甘氨酸常规Raman光谱和SERS光谱的基础上,重点讨论了在不同电极电位及不同溶液pH值条件下吸附于粗糙化银电极表面的甘氨酸分子的SERS光谱变化特征。在此基础上,结合SERS光谱的作用机理,初步分析了由SERS光谱变化特征所反映出的氨基酸分子与基底间相互作用的变化规律。这部分工作为下一步天青蛋白的电化学现场SERS光谱研究奠定了技术基础;(2)利用电化学,XPS,AFM等不同表征方法探测了修饰于金电极表面的具有不同链长与混合比例的烷基硫醇(C6H13SH / C12H25SH)与12-巯基十二酸(HSC11H22COOH)混合自组装膜的结构和性能,得到了稳定性、致密性和有序性较好的自组装膜。这一部分工作主要是确定用于天青蛋白固定的自组装膜体系的组成,为下一步天青蛋白的研究做好了准备;(3)先通过电化学方法的表征与分析来选择适合于天青蛋白分子固定的SAMs修饰电极。之后借助于电化学现场的表面增强拉曼光谱技术,考察电极电位对在不同类型自组装单分子膜上固定的天青蛋白分子SERRS光谱的影响,揭示电位调制过程中天青蛋白在SAMs修饰电极表面其吸附作用随电位而改变的动态分子结构信息。


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