聚芳酰胺-多壁碳纳米管混合物固定漆酶电极的电化学行为

以聚芳酰胺-多壁碳纳米管混合物为载体,利用漆酶表面氨基与聚芳酰胺主链端羧基的共价偶联以及碳纳米管与漆酶间的疏水作用,构筑了具有较高稳定性和电催化活性的漆酶修饰电极.并对该固酶修饰电极的固酶量、酶活力、电化学行为及其电催化氧还原的性能进行了表征.对漆酶分子具有亲和力的聚芳酰胺芳环结构及聚芳酰胺端羧基与漆酶表面氨基的共价偶联避免了漆酶的脱落和变性.而碳纳米管与聚芳酰胺的混合使得该三维修饰电极具有良好的电子导电性,并成功地实现了漆酶的氧化还原活性位与电极之间的直接电荷转移,这一点可由在0.73和0.38V附近观察到漆酶的T1和T2(漆酶的T1,T2铜活性位的形式电位分别为0.78和0.39V(vsNHE))铜活性位的两对氧化还原峰确认.漆酶的担载量为56.0mg·g-1,具有电化学活性的漆酶占总担载漆酶量的68%.在pH=4.4磷酸盐缓冲溶液中,该修饰电极上氧气还原的起始电位为0.55V,其对氧气的米氏常数KM为55.8μmo·lL-1,对氧气的检测限为0.57μmo·lL-1.在4℃下保存两个月后能实现直接电荷转移的漆酶量仅下降了14%左右而氧还原超电势提高了约50mV.结果表明该修饰电极有望用作酶基生物燃料电池的阴极和电流型氧气传感器.     

固载于壳聚糖-纳米金复合膜修饰玻碳电极上的葡萄糖氧化酶的直接电化学研究及其生物传感应用

通过将葡萄糖氧化酶固载于壳聚糖-纳米金复合膜内所构置的传感器,实现了葡萄糖氧化酶的直接电化学,并采用循环伏安法与电化学阻抗法对修饰电极进行了表征。研究表明：在除氧缓冲溶液中,葡萄糖氧化酶-壳聚糖-纳米金复合膜修饰电极表现出一对良好的氧化还原峰,这对峰归因于葡萄糖氧化酶的氧化还原,证明葡萄糖氧化酶被成功固载于复合膜内。电子传递速率常数为15.6 s-1,说明葡萄糖氧化酶的电活性中心与电极之间的电子传递很快。将壳聚糖与纳米金相结合还提高了葡萄糖氧化酶在复合膜内的稳定性并保持其生物活性,并可以用于葡萄糖检测。计算得到其表观米氏常数为10.1 mmol·L-1。而且,该生物传感器可以用于血样中葡萄糖含量的测定。     

介孔碳掺杂氮材料-壳聚糖固定漆酶电极的直接电化学行为及化学传感性能

以壳聚糖和介孔碳氮材料共混所得复合物为固定漆酶的载体,将固酶复合物滴涂在裸玻碳电极表面并干燥后,得到固定漆酶基阴极.考察了此电极在不含底物的电解质溶液中的直接电化学行为,同时还研究了其对氧气还原反应的催化性能和电极的长期使用性、重现性和力学稳定性.在此基础上还考察了此电极作为氧气电化学传感器的性能.研究结果表明,介孔碳氮材料-壳聚糖固定漆酶修饰电极能在无任何电子中介体条件下,实现漆酶活性中心T1与电极之间的直接电子转移,而且能在较高的电位下实现氧气的电还原.此电极催化氧还原的起始电位约为860 mV,氧还原的半波电流密度约为78×10-6 A/cm2.这种漆酶基电极的重现性良好且具有优异的长期稳定性,但力学稳定性较差.此电极对氧的传感性能良好:检测限低达0.4 μmol/L,灵敏度高达(67.9×10-6A·L/mmol),具有良好的对氧亲和力(KM =764.0 μmol/L).     

电化学还原氧化石墨烯/纳米金-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极对尿酸的灵敏测定

将氧化石墨烯(GO)在玻碳电极(GCE)表面进行直接电化学还原,再组装上纳米金-壳聚糖(AuNPCS)聚阳离子,形成了电化学还原氧化石墨烯/纳米金-壳聚糖(ERGO/AuNP-CS)复合膜修饰的玻碳电极。采用扫描电子显微镜(SEM)表征了不同修饰膜表面的形貌,探讨了其对尿酸(UA)分子的差分脉冲伏安(DPV)行为,发现ERGO/AuNP-CS复合膜对UA分子表现出显著的电催化氧化活性。在0.10 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH=6.5)中,扫速为100 mV/s时,此复合膜修饰电极的DPV响应与UA的浓度在0.05~110μmol/L范围内呈性关系,检测限为12.4 nmol/L(S/N=3)。此修饰电极具有良好的选择性、重现性和稳定性,可应用于人体血清和尿液样品中UA的测定,回收率达到93.8%~104.1%。结果与分光光度法和尿酸酶试剂盒法相符。     

固定漆酶聚苯胺-CoC2O4纳米复合物修饰电极的直接电化学

采用循环伏安法、微分脉冲伏安法、交流阻抗谱以及计时电流法等电化学方法,结合红外光谱、紫外-可见分光光度法、原子力显微镜、透射电子显微镜以及原子吸收光谱等辅助手段,表征了固定漆酶的聚苯胺-草酸钴纳米复合物的化学组成、结构和形貌,测试了纳米复合物固酶前后的导电性能的变化,研究了纳米复合物修饰电极上固定漆酶的直接电化学行为,评估了该电极的催化氧还原效能以及作为电化学传感器检测氧分子的性能。实验结果表明该电极在不含电子介体的溶液中以酶活性中心T2作为首要电子受体,将得到电子传递给化学吸附的氧气使其被电还原,其表观电子迁移速率为0.017 s~(-1),且具有良好的催化氧还原性能(氧还原起始电位:460 m V vs NHE,转化氧分子为水的表观速率常数为2.6×10-4 s~(-1)),酶电催化氧还原为水分子步骤为反应的速控步。该电极作为电化学传感器对氧具有极低检测限(0.20μmol·L~(-1)),宽线性响应范围(0.4~7.5μmol·L~(-1))以及对底物高亲和力(KM=122.4μmol·L~(-1))等优势。     

固定漆酶聚苯胺-CoC2O4纳米复合物修饰电极的直接电化学

采用循环伏安法、微分脉冲伏安法、交流阻抗谱以及计时电流法等电化学方法,结合红外光谱、紫外-可见分光光度法、原子力显微镜、透射电子显微镜以及原子吸收光谱等辅助手段,表征了固定漆酶的聚苯胺-草酸钴纳米复合物的化学组成、结构和形貌,测试了纳米复合物固酶前后的导电性能的变化,研究了纳米复合物修饰电极上固定漆酶的直接电化学行为,评估了该电极的催化氧还原效能以及作为电化学传感器检测氧分子的性能。实验结果表明该电极在不含电子介体的溶液中以酶活性中心T2作为首要电子受体,将得到电子传递给化学吸附的氧气使其被电还原,其表观电子迁移速率为0.017 s^-1,且具有良好的催化氧还原性能（氧还原起始电位：460 mV vs NHE,转化氧分子为水的表观速率常数为2.6×10^-4 s^-1）,酶电催化氧还原为水分子步骤为反应的速控步。该电极作为电化学传感器对氧具有极低检测限（0.20 μmol·L^-1）,宽线性响应范围（0.4~7.5 μmol·L^-1）以及对底物高亲和力（K_M=122.4 μmol·L^-1）等优势。     

高分子聚合物-多壁碳纳米管复合物固定漆酶及其在玻碳电极上的直接电子迁移

采用不同结构的高分子聚合物与纯化的多壁碳纳米管(MWCNTs)共混的方法,制备得到聚合物非共价功能化多壁碳管复合物,测定了这些载体对漆酶(lac)的担载量、固定漆酶的比活力及稳定性.以固定漆酶的复合物修饰玻碳(GC)电极后,采用循环伏安法研究这些电极在无氧磷酸盐缓冲液(PBS)中的直接电化学行为及催化氧还原活力,粗略地测定了固定漆酶与电极间电子转移的速率常数.实验结果表明,当聚合物中含亲漆酶基团或能与漆酶活性中心发生相互作用的官能团时利于直接电子转移,而且复合物固定漆酶保持了游离漆酶的天然构象.这些电极中,lac/NIPAM-co-BPCP-M WCNTs/GC(NIPAM-co-BPCP:N-烯丙基-1-苯甲酰基-3-苯基-4,5-2H-4-甲酰胺基吡唑-co-N-异丙基丙烯酰胺)在无氧PBS中发生直接电子转移的式电位(605mV)更接近漆酶活性中心的式电位(580mV),具有较快的异相电子转移速率(0.726s-1),较高的漆酶担载量(103.5mg/g)和固定漆酶比活力(1.68U/mg),较高的催化氧还原能力(氧还原起始电位820mV,在650mV时的催化峰电流为85.5μA)以及良好的重复使用性和长期使用性.     

微过氧化物酶-11在壳聚糖修饰玻碳电极上的电化学

采用物理吸附法, 将微过氧化物酶-11(MP-11)固定在载体壳聚糖修饰的玻碳电极表面. 运用循环伏安法对MP-11在该修饰电极上的直接电化学行为及对氧(O2)和过氧化氢(H2O2)的电催化行为进行了表征. 研究结果表明, 在pH=7.12的磷酸盐缓冲溶液中, 壳聚糖修饰电极上的MP-11发生了准可逆的氧化还原反应, 而且在反应过程中包含质子的传递过程, 完全实现了MP-11在该修饰电极上的直接电化学. 该修饰电极也可以对O2和H2O2进行电催化还原, 并且两个反应的电催化还原过程都是受表面控制的电化学过程, 对H2O2催化还原产生的响应电流与H2O2的浓度呈线性关系.     

L-半胱氨酸/漆酶修饰的纳米金阴极对氧还原的电催化

以四氯金酸和L-半胱氨酸为原料,合成了L-半胱氨酸功能化纳米金粒子,将此纳米粒子修饰在金盘电极表面并共价偶联漆酶分子。 以循环伏安法研究了此固定漆酶电极在无氧磷酸盐缓冲液中电化学行为和催化氧还原能力,并进一步评估了其作为氧传感器使用的性能：以计时电流法测定其对氧气的检测限,与氧气的亲和力（以米氏常数表征）,研究了传感器的长期使用性、热稳定性和pH-催化电流关系。 结果表明,此固定漆酶电极可以实现漆酶活性中心T2与导电纳米粒子间的直接电子迁移而无需任何外加电子中介体（氧化还原峰的式电位为192.5 mV vs AgCl/Ag）,并在接近漆酶活性中心T3氧化还原式电位（780 mV vs NHE）附近发生氧还原;测得的固酶电极与氧气的亲和力较高（米氏常数为216.4 μmol/L）且检测限低达0.22 μmol/L,在4 ℃下保存60 d后活力仍然保持初始活力的大约78%。 但这种电极的热稳定性较差,受pH值影响较明显,在pH值近于生理条件时几乎完全丧失活力。     

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。     

介孔碳修饰玻碳电极上葡萄糖氧化酶的直接电化学

使用简单的方法将葡萄糖氧化酶(GOD)固定在介孔碳(Mesoporous Carbon)修饰的玻碳电极(GCE)表面.循环伏安测试表明:修饰电极上的GOD在0.1mol/L磷酸缓冲溶液(PBS)(pH=7.1)中发生了准可逆的氧化还原反应,其克式量电位为-0.4294 V,并且该电化学反应包含有两电子两质子的传递.在氮气饱和的情况下,以羧基二茂铁作为电子传递中介体,GOD能将葡萄糖彻底催化氧化,可见介孔碳修饰电极上的GOD保持了其生物学活性.     

细胞色素c在羟基磷灰石修饰玻碳电极上的直接电化学

采用沉淀法合成羟基磷灰石纳米晶体，由于具有独特的多吸附位点特征，羟基磷灰石可作为一种新型电子传递促进剂用于细胞色素c的直接电化学研究．在pH7．0的磷酸盐缓冲溶液中，细胞色素c在羟基磷灰石修饰玻碳电极表面于0．074V(vs．Ag/AgC1)处有一对准可逆的氧化还原峰，为细胞色素c血红素辅基Fe(Ⅲ)／Fe(Ⅱ)电对的特征峰．实验结果表明细胞色素c与羟基磷灰石之间的静电作用．促进了细胞色素c在玻碳电极表面扩散控制的准可逆单电子转移过程．讨论了电位扫描速度、溶液离子强度对细胞色素c直接电化学的影响．     

Direct Electrochemistry and Electrocatalysis of Hemoglobin–TiO2 Whisker Film Modified Glassy Carbon Electrode

In this study, Hb TiO₂ whisker nanocomposites are prepared by incorporating TiO₂ whisker with hemoglobin (Hb). Our studies illustrate that the self‐assembled Hb TiO₂ whisker films could efficiently facilitate the direct electron transfer of Hb on glassy carbon electrode (GCE). Moreover, our results demonstrate that the catalytic activity to the reduction of H₂O₂ could be observed on the Hb TiO₂ whisker modified GCE and the photovoltaic effect of TiO₂ whisker can greatly enhance the detection sensitivity of electrocatalytic reduction.     

Wiring Laccase on Covalently Modified Graphene: Carbon Nanotube Assemblies for the Direct Bio‐electrocatalytic Reduction of Oxygen

Reduced graphene oxide (RGO) was covalently functionalized by the in situ generation and reduction of anthraquinone diazonium salt. Deposition on multi‐wall carbon nanotube (MWCNT) electrodes prevents the aggregation of RGO nanosheets and allows the stable deposition of modified graphene, accompanied with excellent electron transfer properties. Laccases were immobilized on the nanostructured electrode by the interaction between the anthraquinone moiety and the laccase hydrophobic pocket located near the T1 copper center. The MWCNT/f‐RGO electrode exhibits efficient bioelectrocatalytic oxygen reduction, with current densities of up to 0.9 mA cm^?2.     

Direct Electrochemistry of Hemoglobin Based on Fe3O4@SiO2 Nanoparticles Modified Electrode

A biosensor based on hemoglobin‐Fe₃O₄@SiO₂ nanoparticle bioconjunctions modified indium‐tin‐oxide (Hb/Fe₃O₄@SiO₂/ITO) electrode was fabricated to determine the concentration of H₂O₂. UV‐vis absorption spectra, fourier transform infrared (FT‐IR) spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and high‐resolution transmission electron microscopy (HRTEM) were used to characterize the bioconjunction of Fe₃O₄@SiO₂ with Hb. Experimental results demonstrate that the immobilized Hb on the Fe₃O₄@SiO₂ matrix retained its native structure well. In addition, Fe₃O₄@SiO₂ nanoparticles (NPs) are very effective in facilitating electron transfer of the immobilized enzyme, which can be attributed to the unique nanostructure and larger surface area of the Fe₃O₄@SiO₂ NPs. The biosensor displayed good performance for the detection of H₂O₂ with a wide linear range from 2.03×10^?6 to 4.05×10^?3 mol/L and a detection limit of 0.32 µmol/L. The resulting biosensor exhibited fast amperometric response, good stability, reproducibility, and selectivity to H₂O₂.