《凹陷型納米電極陣列上酶的直接電化學》是依託武漢工程大學，由萬其進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：凹陷型納米電極陣列上酶的直接電化學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：萬其進
- 依託單位：武漢工程大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
有關酶的直接電化學已有大量文獻報導。基於不同的材料和修飾過程，即使同一種酶經常呈現出不同的電化學行為。新近出現的納米電極陣列體系由於具有高信/噪比、低速度的電子傳輸、可自行設計、簡易表征等特點而備受青睞，但較難得到重現性高、性能好的納米電極陣列。因此本項目提出利用自組裝技術製備的模板和現場合成的金納米粒子實現實時製備納米電極陣列，力圖解決納米電極陣列構築過程中易毒化和鈍化的難題，擬得到高質量的凹陷型納米電極陣列；將利用凹陷做為人工合成的分子陷阱來捕獲酶分子從而實現它們的直接電化學和催化能力，構建具有套用前景的高靈敏度、高選擇性、低檢測限的生物感測器件，並套用於活體分析和臨床分析；還將研究在納米電極陣列上電活性物質在有/無支持電解質溶液/體系中的電極過程動力學，根據實驗結果修正已有的納米電化學理論，並嘗試建立與納米電極陣列相關的在無支持電解質溶液/體系中的納米電化學新理論。
結題摘要
項目系統研究了基於巰基化合物自組裝膜和金納米粒子（AuNPs）的凹陷型納米金陣列電極的構建、研究了這些陣列上幾種酶的直接電化學行為、及固定在電極陣列上的酶對生物小分子的高效電催化檢測。使用的巰基化合物包括巰基丙酸（MPA），巰基丁二酸（MSA）和2,3-二巰基丁二酸（DMSA）等；採用濕法還原和現場電化學沉積等方法、在單獨和混合自組裝膜的表面製備了幾種凹陷型納米金電極陣列；並利用SEM、AFM、交流阻抗等電化學方法對這些電極陣列進行了詳細的表征；通過滴塗、化學鍵合（醯胺縮合反應）、化學交聯（使用戊二醛或殼聚糖等交聯劑）等手段將辣根過氧化氫酶（HRP）、過氧化物酶（CAT）、葡萄糖氧化酶（GOD）等固定到電極陣列的表面，實現了酶的直接電化學。比如在AuNPs/DMSA/Au納米金電極陣列上，成功實現了HRP、CAT、GOD三種酶的直接電化學。利用固定的酶實現了對生物小分子的高效率電催化檢測。比如在HRP/AuNPs/MPA/Au納米金電極陣列上，H2O2的檢測線性範圍為0.48 μmol/L ~ 1.18mmol/L，獲得了311.72 µA•(mmol/L)-1•cm-2的高靈敏度和0.16 µmol/L的低檢測限；在GOD/AuNPs/DMPA/Au納米金電極陣列上，可檢測的葡萄糖濃度範圍為8.0×10-7~2.64×10-3 mol/L，檢出限為3.0×10-7 mol/L，米氏常數Km為5.2 mmol/L。我們還研究和比較了GOD在不同巰基化合物自組裝膜上構建的納米金電極陣列上對葡萄糖催化氧化的能力。結果顯示支鏈越多的巰基（比如DMSA）自組裝膜顯示出了對酶的固定和對葡萄糖的電催化更多的優越性。能獲得這些結果的根本原因是在這些凹陷型納米金電極陣列上，酶既保持了高的生物活性，又能讓酶的活性中心充分暴露。我們還合成了新型多孔材料（V2O5-CeO2-SBA-15），並把它固定在電極上，構建了另外一種新型凹陷型納米電極陣列。在這個電極陣列上成功實現了HRP直接電化學，測得酶的米氏常數KM為0.018 mmol/L。我們還嘗試採用靜電紡絲技術構築新型三維凹陷型納米電極陣列，並將其用於酶的直接電化學和無酶輔助的過氧化氫檢測，效果良好。總而言之，凹陷型納米電極陣列，尤其是基於自組裝膜和電化學沉積金納米粒子構建的納米金電極陣列，是一種優良的、多用途的生物酶載體。
