石墨烯及其复合材料在酶电化学生物传感器中的应用

石墨烯作为新型的二维碳基纳米材料,具有良好的导电性、较大的比表面积和较好的生物相容性。石墨烯及其复合物适合于构建酶电化学生物传感器。本文介绍了石墨烯功能化的方法,并对石墨烯及其复合物在酶电化学生物传感器方面的研究进行了综述。     

壳聚糖-g-N-羧甲基-2-硫代-4,5-2H咪唑啉酮-多壁碳纳米管复合物固定漆酶基化学传感器的性能

通过壳聚糖-g-N-羧甲基-2-硫代-4,5-2H咪唑啉酮(CTS-g-N-CSIDZ)非共价功能化多壁碳纳米管(MWCNTs)的方式制备固定漆酶载体,该复合物载体主要通过物理吸附和漆酶活性中心与载体上配体之间的配位作用来固定漆酶,较大程度地保持了游离漆酶活性位原始构象.将固定了漆酶的复合物附着在裸玻碳电极上便构筑了复合物固定漆酶修饰玻碳电极.在以分光光度法测定了这种复合物载体对漆酶的担载量、固定漆酶比活力、稳定性、重复使用性及其催化2,6-二甲氧基苯酚(DMP)氧化动力学参数的基础上,还对基于此种复合物固定漆酶修饰玻碳电极作为化学传感器(以DMP作为底物)的性能进行了研究.结果表明,该复合物具有较高的固酶担载量(81.7 mg/g)和固定漆酶比活力(1.33 U/mg);而作为电化学传感器的复合物固定漆酶修饰玻碳电极对底物DMP具有较高的亲和力(对DMP的米氏常数KM是0.0918 mmol/L),较高的灵敏度( 3680 mA· L/mol),较低的检测限(3.3×10-4 mmol/L),较高的响应选择性,良好的重现性、重复使用性和长期稳定性.这种漆酶基电极有望用作电流型特定结构的酚类传感器.     

Al-MOF基多级孔Al2O3固定化酶反应器的构筑及构效关系研究

针对生物酶在固相载体负载后存在的催化活性与稳定性之间“此消彼长”的问题, 本工作采用“自牺牲模板”策略以铝基金属有机骨架材料(Al-MOF)为前驱体设计制备多级孔Al₂O₃ (MHAl₂O₃)材料, 再以“聚多巴胺(PDA)”仿生膜对材料表面进行功能化修饰后用以固载辣根过氧化物酶(HRP). 通过调节前驱体的煅烧温度来实现载体孔径大小的调控, 探讨了载体的孔道限域效应对固定化酶反应器催化活性的影响, 所得固定化酶反应器的热稳定性和重复使用性显著提高. 为了解析固定化酶反应器的构效关系, 采用酶动力学和热动力学参数研究了固定化酶反应器催化过程中酶与底物的相互作用, 结果表明固载后酶分子对底物的亲和性和专一性得到提升. 将固定化酶反应器用于模拟废水中苯胺黑药的催化降解时, 表现出非常高效的催化效率.     

基于碳纳米材料的非酶葡萄糖传感器

简述了非酶葡萄糖传感器的研究现状以及碳纳米新材料的电化学优势,主要讨论了碳纳米管、石墨烯及石墨烯氧化物、有序介孔碳、碳纤维和富勒烯等碳纳米材料与各种金属氧化物组成的复合材料构建的非酶葡萄糖传感器的电化学性能,重点探索了材料的制备方法和结构形貌对葡萄糖检测性能的影响。本文为基于碳纳米材料的非酶葡萄糖传感器的构建提供了材料选择、制备方法以及结构形貌等方面的参考,并对非酶葡萄糖传感器的发展及研究方向作出了展望。     

新型碳纳米材料在低温燃料电池催化剂中的应用

 碳纳米管及其衍生纳米碳材料是一种介于富勒烯与石墨之间的碳的存在形式,具有独特的电子性质. 碳纳米材料可与其表面负载的金属活性相产生一种特殊的载体-金属相互作用; 纳米管中电子转移的动力学行为极佳,并且其特殊的纳米级孔道结构有利于反应物及产物的传质,因此作为低温燃料电池催化剂载体备受关注. 综述了多种新型碳纳米材料如碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米盘、碳纳米角和碳纳米分子筛等在低温燃料电池催化剂中的应用,并对其存在的问题和可能的发展方向进行了讨论.     

分子工程学

分子工程学以体系的功能为导向,在分子水平上进行结构设计与施工,探索功能、结构与合成三者之间的关系原理,发展合成、制备与组装方法学,研究结构基元本征性质和构效关系。本文讨论了建设分子工程学这一新学科的重要性,介绍了自发单层分散原理与CO吸附剂、纳米结构光电功能体系、金属纳米簇基催化剂、表面分子多孔网络的精确可控组装以及功...     

以天青Ⅰ为介体的纳米金颗粒增强的葡萄糖传感器

采用层层自组装的方法和异种电荷互相吸引的原理,将Nafion修饰在金电极上固载带正电荷的天青Ⅰ,并利用天青Ⅰ中的氨基固载纳米金,再通过纳米金将酶固定在金电极表面,制成了葡萄糖传感器.采用循环伏安法和交流阻抗法,研究了金电极表面组装各层之后的电化学特征,以及电极对葡萄糖的电化学催化作用. 结果表明,天青Ⅰ不仅可以固定酶和纳米金,而且还可以在酶和电极之间有效地传递电子.在优化的实验条件下,该传感器对葡萄糖响应的线性范围为5.1×10-6 ~4.0×10-3 mol/L,检出限(S/N=3)为1.0 μmol/L.该生物传感器显示出较好的稳定性和抗干扰能力,将其用于人体血清中葡萄糖的测定,结果令人满意.     

基于纳米金与碳纳米管-纳米铂-壳聚糖纳米复合物固定癌胚抗原免疫传感器的研究

采用纳米金(nano-Au)、多壁碳纳米管-纳米铂-壳聚糖的纳米复合物(MWNT-Pt-CS)及电子媒介体硫堇(Th)固载抗体制得高灵敏癌胚抗原免疫传感器．首先, 于壳聚糖溶液中用NaBH4还原H2PtCl6, 并将多壁碳纳米管分散于其中制得碳纳米管-纳米铂-壳聚糖纳米复合物, 并将其滴涂在玻碳电极上成膜; 然后, 吸附电子媒介体硫堇制得硫堇/碳纳米管-纳米铂-壳聚糖(Th/MWNT-Pt-CS)修饰电极．利用壳聚糖和硫堇分子中大量的氨基固定纳米金并吸附癌胚抗体(anti-CEA); 最后, 用辣根过氧化物酶(HRP)封闭活性位点从而制得高灵敏电流型免疫传感器．在优化的实验条件下, 该传感器响应的峰电流值与癌胚抗原(carcinoembryonic antigen)浓度在0.5～10和10～120 ng/mL的范围内保持良好的线性关系, 检测限为0.2 ng/mL．     

碳纳米材料的超分子表面修饰及应用

目前碳纳米材料已经成为纳米科学研究中的热点,它的特殊结构使其具有特殊的物理化学性能,对其进行超分子修饰可以提高其分散性以及赋予其新的性能,已经引起研究人员的广泛兴趣.本文综述了近年来碳纳米材料的超分子修饰以及其应用研究.重点阐述碳纳米管和石墨烯通过不同的超分子作用,如pi-pi相互作用、疏水相互作用、氢键相互作用、静电相互作用等进行修饰制备具有不同功能的超分子碳纳米材料,以及在光电材料、药物和基因传输以及化学生物传感器等领域的应用.     

无酶葡萄糖传感器

葡萄糖传感器在几十年的发展中取得了重大进展,经历了三代基于酶葡萄糖传感器之后,现已进入第四代无酶葡萄糖传感器的发展阶段.本文从基于酶和无酶两类介绍了不同葡萄糖传感器的测试原理,综述了近年来纳米材料在无酶电化学葡萄糖传感器方面应用的主要研究进展,对不同类别纳米材料的制备方法以及所构建传感器的灵敏度、选择性、检测范围和稳定性等进行了评述,分析了制约无酶葡萄糖传感器商业化应用的主要原因.其中,贵金属纳米材料主要讨论了铂、金和钯;过渡金属纳米材料主要讨论了镍、铜以及其氧化物;双金属纳米材料主要讨论了合金和复合物;碳纳米材料主要讨论了单壁(多壁)碳纳米管和石墨烯.此外,本文也对无酶葡萄糖传感器的发展方向和趋势进行了展望.     

4-巯基苯甲酸功能化纳米金粒子固定葡萄糖氧化酶/漆酶基燃料电池性能

以4-巯基苯甲酸修饰纳米金粒子作为固酶载体和导电基体构建了新型纳米结构固酶葡萄糖/O₂燃料电池,其制备简单,长期使用性能稳定。利用纳米金粒子通过表面修饰基团和酶分子活性中心附近疏水结合位之间的相互作用固定葡萄糖氧化酶(GO_x)和漆酶(Lac)分子,分别制备了固酶阳极-4-巯基苯甲酸功能化纳米金粒子固定葡萄糖氧化酶修饰金盘电极GO_x/4-MBA@GNP/Au和固酶阴极-4-巯基苯甲酸功能化纳米金粒子固定漆酶修饰金盘电极Lac/4-MBA@GNP/Au。电化学实验结果表明,两种电极在不引入任何外加电子中介的条件下,均可以实现酶活性中心-纳米金粒子之间的直接电子迁移,而且具有较快的催化反应能力(固酶阳极和阴极的转化速率分别为1.3和0.5 s^-1;催化葡萄糖氧化和氧气还原的起始电位分别为-0.23和0.76 V)。评估了固酶阳极和阴极组装成的纳米结构固酶葡萄糖/O₂燃料电池的能量输出性能。该燃料电池在没有Nafion薄膜和阳极无N₂气保护下,开路电压和最大输出能量密度分别可达0.56 V和760.0 μW/cm²,使用一周后输出能量密度仍然可以达到最初值的~88%。进一步测试结果显示,该燃料电池呈现出与游离漆酶类似的pH依赖关系和热稳定性,这些实验结果均暗示:影响整个酶燃料电池性能的关键在于漆酶基阴极催化氧还原的过程。此外,这种燃料电池的性能虽然受到共存干扰物抗坏血酸的影响,但在人类血清中测试结果显示其仍然具有较高的输出能量密度(132.0 μW/cm²,开路电压0.40 V)。本文研究结果给出了设计高性能葡萄糖/O₂燃料电池的新思路,同时也为研究固酶燃料电池的构效关系提供了实验依据和有价值的启示。     

以金纳米颗粒-二氧化钛纳米线阵列为支架的电化学免疫传感的构建及其应用

首先以掺杂氟的二氧化锡导电玻璃为基片,采用水热法制备出二氧化钛纳米线阵列,然后使用电化学沉积法将金纳米颗粒修饰于二氧化钛纳米线阵列表面以增强其导电性和生物相容性.将纳米金-二氧化钛纳米线阵列用作电化学免疫传感器支架,利用纳米金与癌胚抗原抗体之间的静电吸附作用,将包被抗体负载于电极表面制得检测癌胚抗原的电流型免疫传感器.同样,水热法还被用于制备圆柱形二氧化钛纳米棒,以辛二酸双(3-磺基-N-羟基琥珀酰亚胺酯)钠盐为双氨基交联剂,将辣根过氧化物酶和信号抗体一起固定于二氧化钛纳米棒表面作为示踪标记物.扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射分析仪均被用于分析上述材料的结构、形貌和组成.通过夹心型免疫反应,示踪标记物上信号抗体被定量负载于免疫传感器表面.通过一个以过氧化氢为媒介体的辣根过氧化物酶催化反应,差示脉冲伏安法被用于癌胚抗原的定量测定.结果表明,该癌胚抗原免疫传感器线性范围为0.01~120μg/L,检测限为6 ng/L.     

萘与2,6-萘二甲酸二甲酯形成激基复合物的光物理过程

本文用时间分辨荧光光谱证实了萘与2,6-萘二甲酸二甲酯形成激基复合物。并结合稳态荧光光谱算出光物理过程的基元过程常数,讨论了结构与基元常数之间的关系。     

19-取代雄烯二酮芳构酶抑制剂的定量构效关系研究

用分子动力学和量子化学AM1经验方法对系列19-位取代的雄烯二酮芳构酶抑制 剂的定量构效关系进行了研究，结果表明该位置的取代基必须符合P450芳构酶活性 位点的立体效应和疏水作用的要求。此类化合物作为较好的电子供体与芳构酶结合 ，给电子的主要基团为21-位含S取代基。这些研究结果为设计活性更高的芳构酶抑 制剂提供了有益的参考信息。     

纳米材料应用于无酶电化学生物传感器的研究进展

无酶电化学生物传感器具有环境适用性强、稳定性高、材料简单易得、灵敏度高、检测限低等特点，近年来受到研究者广泛关注。纳米材料有类酶活性，表现出类似天然酶的酶促反应动力学和催化机理，且能够增强界面吸附性能，增加电催化活性，并促进电子转移动力学，从而广泛应用于无酶电化学生物传感器。本文探索了具有电催化活性的纳米材料及其修饰电极的制备方法，介绍了无酶电化学传感器在医疗诊断、食品检测、环境检测以及其他领域中的应用，讨论了开发基于纳米材料的电化学传感器的未来机遇和挑战。     

基于新型纳米传感材料的DNA生物传感器的应用

DNA是构建纳米技术和生物传感技术新设备的良好构建体。DNA生物传感器由于具有灵敏度高、选择性好等特点,近年来获得了飞速发展。研究发现,金属纳米粒子(MNPs)、碳基纳米材料等一系列纳米材料在传感器设计中提高了电化学DNA传感器的传感性能。本文侧重介绍了场效应晶体管、石墨烯、碳纳米管等新型纳米传感材料,以及基于这些材料的DNA生物传感器的最新进展,最后展望了DNA生物传感器的应用前景。     

卟啉纳米组装与生物传感

卟啉是一类重要的有机共轭分子,可以模拟许多酶的活性中心。一系列卟啉仿生酶已被合成,并用于模拟生物蛋白酶的催化活性,包括平面卟啉、栅栏卟啉、扩展环卟啉和三元环卟啉。在生物体内,许多金属蛋白酶经常自组装成纳米尺度的超分子结构来实现其基本的生物催化作用。卟啉可以通过共价或者非共价作用有序组装在纳米材料上,实现其模拟金属蛋白酶的功能。金属卟啉是良好的电子媒介体,对生命过程相关小分子的氧化还原具有较好的电催化活性。因此,金属卟啉纳米组装形成的纳米材料复合物可用于新型电化学生物传感器的构建。基于卟啉纳米材料复合物的光物理和光化学性质构建的新型光电化学生物传感平台已用于生物分子的检测。本文主要从卟啉仿生酶的合成、有序纳米组装和卟啉纳米复合物的生物传感进行评述,为构建新型电化学和光电化学传感器提供有用信息。     

粒子-聚合物相互作用与粒子-粒子相互作用对聚合物基纳米复合物力学性能的影响

聚合物基纳米复合物(PNCs)具有比传统高分子材料更加优异的光学、力学、热力学等性能,广泛应用于各个工程领域.而纳米粒子(NPs)对材料性能提高的机理则是当前聚合物纳米复合物领域研究的重要问题,聚合物纳米复合体系相互作用的影响因素众多,至今尚未明确并完整建立复合体系相互作用与性能增强之间的关系.本文总结了近年来关于纳米粒子填充聚合物基体力学性能的研究,从粒子-聚合物相互作用和粒子-粒子相互作用角度阐述了聚合物纳米复合体系力学性能的增强机理,并根据体系中不同的结构关系分别总结了聚合物/未改性纳米粒子复合体系和聚合物/聚合物接枝纳米粒子复合体系中影响力学性能的因素.该部分内容具有重要的理论和实践意义,有助于构建复合体系微观结构与宏观性能之间的关系,进而对微观层面调控PNCs的力学性能提供指导.     

酪氨酸激酶抑制剂的三维定量构效关系研究

利用柔性原子受体模型(FLARM)方法对一系列的异黄酮和喹诺酮衍生物表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂进行了三维定量构效关系研究，得到了合理的构效关系模型.FLARM方法的计算结果还给出了虚拟的受体模型，该模型说明了抑制剂与受体之间可能的相互作用.由该虚拟受体模型得到的受体-配体相互作用与Novartis药效团模型比较类似.     

基于纳米材料的细胞释放生物信号分子电化学传感器的研究进展

电化学传感器已被证实是一种检测细胞释放信号分子的有效方法.纳米材料如碳纳米材料、金属纳米颗粒,以及纳米复合材料等因其独特性质在电化学分析技术方面应用广泛.本文综述了近年来基于纳米材料的电化学传感器用于检测细胞中释放的信号分子的研究进展,并展望了其发展方向.