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.     

壳聚糖-g-N-羧甲基-二（2-苯并咪唑）-1,2-乙二醇和纳米金溶胶复合物固定漆酶修饰玻碳电极的直接电化学

制备了壳聚糖-g-N-羧甲基-二（2-苯并咪唑）-1,2-乙二醇（CTS-g-N-CBBIE）,将其与纯化的纳米金溶胶（NGS）共混得到CTS-g-N-CBBIE-NGS复合物。 以此复合物作为固酶载体固定云芝漆酶,固酶量大（31.10 mg/g）,固酶比活力高（1.43 U/mg）;此固酶复合物修饰的玻碳电极在无氧磷酸盐-柠檬酸盐缓冲溶液（pH=5.0）中可以实现无中介酶-电极直接电子迁移（一对准可逆氧化还原峰式电位576 mV(vs.Ag/AgCl)对应于漆酶活性中心T1位的氧化还原）,电子迁移速率常数为228.3 s-1。 当氧气浓度较小时,这种固酶修饰电极对氧气还原具有一定的生物电催化性能（空气饱和缓冲溶液中氧还原峰电位约为320 mV(vs.Ag/AgCl)）。 当氧气浓度增高后,氧还原反应受到抑制;但这种漆酶修饰电极对pH较为敏感,且稳定性和重复使用性欠佳。     

基于固定化电子媒介体的漆酶电极的制备与应用

采用一种新方法引入媒介体,即将媒介体2,2-连氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)固定在多壁碳纳米管(MWCNTs)上,将壳聚糖与漆酶共同修饰在玻碳电极表面,制备了漆酶电极。实验发现,ABTS能够被牢固地吸附在多壁碳纳米管上,且吸附了ABTS的多壁碳纳米管在水中的分散性能大为改善。由于ABTS的存在,该漆酶电极能够更加有效地催化氧气还原,使氧气的还原电位从-0.1 V升至0.6 V。研究了修饰在多壁碳纳米管上的ABTS的电化学行为,并讨论了碳纳米管修饰量、pH值及温度对漆酶电极催化性能的影响。该方法简单,制备的漆酶电极对氧气还原的催化效率高,有望应用于植入型生物燃料电池。     

固定在硬脂酸Langmuir-Blodgett膜中的辣根过氧化酶修饰电极的直接电化学行为

近年来,氧化还原蛋白质的直接电子转移反应引起了越来越多研究者的兴趣~([1]),研究氧化还原蛋白质的直接电子转移反应,不仅对于探索生命体内的生理作用机理等理论研究具有重要意义,而且为制备基于氧化还原蛋白质直接电化学行为的第三代生物传感器奠定了技术基础.本文研究了硬脂酸(SA)Langmuir-Blodgett(LB)膜固定的辣根过氧化物酶(HRP)在金电极(Au)上的直接电化学行为.     

基于单壁碳纳米管-DNA酶复合结构的电化学生物传感器

结合DNA酶优异的氧化还原催化特性和碳纳米管的电化学特性, 制备了单壁碳纳米管-DNA酶复合材料, 并通过壳聚糖将其固定到玻碳电极表面构建了电化学生物传感界面. 研究了单壁碳纳米管-DNA酶复合结构的氧化还原反应催化特性, 并以此为传感平台构建了葡萄糖氧化酶电化学生物传感器. 结果表明, 单壁碳纳米管-DNA酶复合材料修饰的电极对过氧化氢的响应具有较宽的线性范围(5×10^-6~1×10^-2 mol/L)和良好的检测灵敏度(检出限为1×10^-6 mol/L). 采用制备的葡萄糖氧化酶传感器实现了对葡萄糖的快速灵敏检测.     

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).     

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。     

用微量热法研究漆酶和过氧化氢的反应

漆树酶是含铜酶。在酶系统中属于一种选择性较差的氧化酶,它能与许多还原底物作用,同时亦能还原分子氧生成水。在这些反应中漆酶中的三个不同的氧化还原活性中心和其作用途径常常是研究中的主要对象。在无氧条件下,漆酶被底物还原后,可用氧再氧化,实验表明,酶分子中的Cu2~+—Cu~(1+)循环是催化机理的一部分。1970年Farver等人在研究漆树酶与过氧化氢之间的反应时发现,漆树酶与过氧化氢有一种特殊作用,二者会生成一种稳定的具有高亲合力的复合物,该复合物不会被氧再氧化,其反应可用下式表示:式中L-Cu(Ⅱ)表示含二价铜的漆酶分子,二价铜在此反应中起活性中心的作用。本工作中,用微量热法测量了漆树酶与过氧化氢反应的一些热动力学性质。     

云芝漆酶在N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）交联聚甲基丙烯酸基元上的固定及其修饰玻碳电极电化学行为

以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）交联聚甲基丙烯酸作为固定漆酶的载体,以共价偶联法固定云芝漆酶并测定了固定基元的酶固定量和固定漆酶的比活力。 还研究了固定漆酶热稳定性、重复使用性以及固定漆酶催化2,6-二甲氧基苯酚（DMP）氧化的酶动力学参数。 实验结果表明,这种交联聚合物基元通过共价偶联法固定漆酶的量和固定漆酶的比活力分别可达26.37 mg/g和1.202 U/mg;在交联聚合物基元上固定的漆酶在50 ℃下放置2 h后仍然保持初始活力的83％,重复使用10次后仍保持初始活力的80％以上;交联聚合物固定漆酶催化DMP氧化的表观速率常数k_cat可达1090 min^-1,以固定漆酶的BIS交联聚甲基丙烯酸功能化碳纳米管修饰的玻碳电极在pH=4.4磷酸盐缓冲液中氧还原发生在+724 mV(vs.SCE)。     

漆酶催化氧化水中有机污染物*

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶, 属于铜蓝氧化酶蛋白, 能催化氧化多种难降解的有机污染物。漆酶催化氧化水中有机污染物具有底物广泛、能耗低、易操作、环境友好等优点,是一项前景广阔的生物处理技术。本文综述了漆酶对水中有机污染物的催化降解,主要从漆酶的化学组成、结构、催化降解机理、漆酶的固定化、影响因素（溶液pH值、温度、金属离子、营养因子、有机溶剂、漆酶的浓度、底物的初始浓度等）、降解的动力学以及漆酶在处理水中有机污染物的应用等五个方面介绍了相关的研究进展。漆酶催化氧化有机物的机理主要表现在底物自由基中间体的产生和氧气还原成水两个方面。本文提出了目前漆酶催化氧化水中有机污染物存在的主要问题,并展望了漆酶降解水体中有机污染物的发展方向。     

铜锌超氧化物歧化酶(Cu2Zn2SOD)在汞电极上的吸附研究

金属氧化还原蛋白质的电化学行为作为生物电化学领域中一个重要的研究内容,受到了广泛的关注犤1～3犦,生物体系一些重要的反应均与基本电荷运动有关,如生物催化、神经传导、光合作用以及呼吸作用等均涉及到一些重要氧化还原蛋白质的氧化还原过程。利用电化学的基本原理和实验方法,不但能在生命体系和有机组织的整体水平上,更主要是能在分子和细胞水平上研究氧化还原蛋白质体系中的电子转移以及氧化态转化的化学本质和规律。铜锌超氧化物歧化酶(Cu2Zn2SOD)是一个二聚体,由两个等同的亚单位组成,每一个亚单位含有咪唑桥联的铜?和锌?离子,催…     

酶的光谱电化学研究（Ⅰ）：辣根过氧化物酶的电化学性质

利用薄层光谱电化学技术研究了辣根过氧化物酶(HRP)及其化合物的氧化还原过程。指出HRP可在固体电极上进行直接电子传递,该电极反应不是酶中二硫键的还原,而是血红素辅基中心金属离子的氧化态转变。测定了HRP(Fe~(3+)/Fe~(2+))电对的标准氧化还原电位和电化学动力学参数,讨论了HRP氧化性中间物的电化学性质。     

对苯醌电子转移机理研究-红外光谱电化学循环伏吸法及导数循环伏吸法

醌类在生物体内的电子传输起重要的作用,并且可用于着染料、氧化还原试剂等.对苯醌是一种最简单的醌类化合物,作为模型化合物,对苯醌的电子转移被广泛研究,从极谱法到微电极以及光谱电化学(UV-Vis,ESR);从水体系、非水体系到混合溶剂;从缓冲溶液到非缓冲溶液等.循环伏安法是电极过程机理研究中采用的最广泛的一种电化学技术.然而它仅能给出宏观的电流-电位响应关系,在深入理解反应机理时,无法指认物种在电化学过程中结构的变化.本实验利用红外光谱电化学开展对苯醌电子转移机理研究,获得了电化学氧化还原时各物种的变化,得到不同溶剂中对苯醌电化学还原机理,进一步认识氢键、质子化作用对电子转移机理的影响.     

《生物电化学》

卢小泉、王雪梅、郭惠霞、杜捷编著本书在编写过程中努力遵循“加强基础,趋向前沿,反映现代,注意交叉”的现代学科建设理念,从生物电现象及其研究范围、应用现状涉及的电化学基础知识出发,总结了现代生物电化学研究常用方法的基本原理。全书主要内容包括生物电化学基础、生物电现象及酶、微生物、DNA及免疫电化学生物传感器、生物环境、氧化还原自组装膜界面电子转移研究、数理基础、技术基础、生物电化学的研究领域、进展与应用。     

功能化石墨烯固定酪氨酸酶修饰电极的制备、表征及其对对苯二酚的测定

酪氨酸酶通过乙二胺作为悬臂分子稳定地固定到功能化氧化石墨烯上,再将该杂化材料修饰玻碳电极表面制成新型生物传感器。酪氨酸酶固定在氧化石墨烯上的物理化学行为通过X射线光电子光谱和电化学阻抗进行表征,显示功能化氧化石墨烯可以促进固定酶的活性位点与修饰电极之间的电子传递。通过循环伏安法研究该电极的直接电化学和电催化行为,表明其电化学行为是一个直接的吸附控制氧化还原反应。在优化实验条件下,对苯二酚在3.0~200.0μmol/L浓度范围内与其氧化峰电流呈良好的线性关系,检出限(S/N=3)达1.0μmol/L。该生物传感器显示了较好的重现性、稳定性及选择性,在实际水样检测中得到良好应用。     

Pt/Au双金属纳米粒子和壳聚糖/二氧化硅溶胶-凝胶杂化膜漆酶传感电极的邻苯二酚检测

利用Pt/Au双金属纳米粒子和壳聚糖/二氧化硅（CS-SiO₂）溶胶-凝胶复合材料固定漆酶（Lac）,制得漆酶生物电极（Pt-Au-CS-SiO₂-Lac/GC）. 采用循环伏安曲线（CV）研究了邻苯二酚（CC）在该漆酶电极的电化学性能. 实验结果表明,Pt-Au-CS-SiO₂-Lac/GC电极对邻苯二酚的电催化在8×10^-7 ~ 1×10^-4 mol·L^-1浓度范围,其浓度与还原峰电流呈线性关系,相关系数r = 0.9993,检出限7.9×10^-8 mol·L^-1,该检测方法灵敏度高,线性范围宽,稳定性好.     

现场紫外光谱及圆二色谱研究电化学还原反应诱导微过氧化物酶-11构象的转变

采用现场紫外光谱及圆二色谱电化学方法研究了微过氧化物酶-11的电化学还原过程.同时应用奇异值分解最小二乘法和双对数法对所得光谱数据进行处理.研究发现,电化学还原过程诱导微过氧化物酶-11的构象由无规卷曲向α螺旋转变,这为进一步理解生物电子传递过程与生物分子构象转变机理提供了基础信息.     

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.     

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.     

用于生物氧化的蓝色漆酶

漆酶是一种含铜多酚氧化酶, 在真菌和高等植物中产生, 多为分泌型糖蛋白. 有氧的条件下, 漆酶能催化底物氧化, 把氧还原成水. 详述了漆酶在有机合成中的应用.