氧化石墨烯的合成、表征、功能化及其与生物大分子相互作用和生物相容性研究

发布时间：2017-04-09 13:13

  本文关键词：氧化石墨烯的合成、表征、功能化及其与生物大分子相互作用和生物相容性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯（graphene，G）是由单层碳原子以SP2杂化形式存在的二维（2D）蜂窝状晶格结构，氧化石墨烯（graphene oxide，GO）是石墨烯的一种衍生物，其表面含有的丰富含氧官能团和π-π堆积等作用力，为其进一步功能化和与生物大分子非共价结合提供充足的活性位点，有望成为理想的水溶性药物和酶的载体。本文合成了GO并进行表征和功能化，对GO与辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP）和葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，GOD）的相互作用及其生物相容性开展了一系列的研究，主要包括以下几个方面： 1、氧化石墨烯的制备和表征 利用控制氧化剂用量的改进Hummers法和中低温超声辅助法合成GO。通过XRD和AFM表征发现，控制石墨和KMnO4用量比为1:10的情况下，，合成的GO颗粒最小。进一步采用循环伏安曲线、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、荧光光谱（fluorescence spectrum）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等对石墨和GO进行了表征。结果表明GO具有明显的二维平面结构，在水溶液中能够均匀地分散，纵向尺寸在1.5nm左右，接近单原子层厚度，同时其表面存在褶皱结构，有利于自身结构稳定，该结构的存在也为后期研究GO与蛋白的相互作用提供了可能。 2、氧化石墨烯固载酶及其性能评价 以GO为载体，研究了HRP、GOD与GO的相互作用，合成了HRP/GO和GOD/GO并评价固定化酶的性能。AFM表征显示HRP和GOD能与GO有效结合。利用紫外可见吸收光谱法评价固定化酶催化活性时发现GO对底物、酶和产物均有不同程度的吸附。研究发现顺序注射-阀上实验室-化学发光系统是评价HRP/GO和GOD/GO催化活性的可靠平台，并将其应用于葡萄糖的检测，检出限为0.05μmol L-1。 3、氧化石墨烯的改性及其细胞毒性研究 对GO进行功能化改进得到GO-COOH，并将氨基聚乙二醇修饰在GO-COOH表面，形成聚乙二醇功能化的GO（PGO）。Zeta电位表明三者在水中均能稳定存在但略有不同，稳定性依次为GO-COOHGOPGO。观察了GO、GO-COOH和PGO在水、PBS缓冲溶液和细胞培养液分散系中不同时间的稳定性，结果发现，PGO在三种分散剂中稳定性最好。在此基础上，我们考察了GO和PGO对于肝细胞的毒理学性质，结果表明，PGO对肝细胞的毒性最小，具有良好的生物相容性。
【关键词】：氧化石墨烯 酶 顺序注射-阀上实验室-化学发光 生物相容性
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 氧化石墨烯简介8-11
• 1.1.1 氧化石墨烯的结构特征9-10
• 1.1.2 氧化石墨烯的制备方法10-11
• 1.1.3 氧化石墨烯的表征11
• 1.2 氧化石墨烯的功能化研究11-14
• 1.2.1 氧化石墨烯的共价功能化12-14
• 1.2.2 氧化石墨烯的非共价功能化14
• 1.3 基于氧化石墨烯的生物传感器14-17
• 1.3.1 基于氧化石墨烯的光生物传感器14-17
• 1.3.2 基于氧化石墨烯的电化学生物传感器的应用17
• 1.4 顺序注射-阀上实验室技术简介17-19
• 1.5 本论文的选题依据及研究内容19-20
• 2 氧化石墨烯的制备和表征20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 实验仪器21
• 2.2.2 材料与试剂21
• 2.2.3 GO 的制备21-22
• 2.2.4 GO 的结构表征22-23
• 2.3 结果与讨论23-30
• 2.3.1 GO 的结晶状态和形貌23-27
• 2.3.2 GO 的光电特性27-30
• 2.4 小结30-31
• 3 氧化石墨烯固载酶及其性能评价31-50
• 3.1 引言31-34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 实验仪器34
• 3.2.2 材料与试剂34-35
• 3.2.3 实验方法35-36
• 3.3 结果与讨论36-49
• 3.3.1 GO 与 HRP、GOD 相互作用的形貌表征36-37
• 3.3.2 紫外可见吸收光谱法评价 HRP/GO 的催化活性37-42
• 3.3.3 化学发光法评价 GO 固载酶的催化活性42-49
• 3.4 小结49-50
• 4 氧化石墨烯的改性及其细胞毒性研究50-57
• 4.1 引言50-51
• 4.2 实验部分51-53
• 4.2.1 实验仪器51
• 4.2.2 材料与试剂51-52
• 4.2.3 实验方法52-53
• 4.3 结果与讨论53-56
• 4.3.1 GO、GO-COOH、PGO 的红外光谱53
• 4.3.2 GO、GO-COOH、PGO 的 zeta 电位表征53-54
• 4.3.3 GO、GO-COOH、PGO 的稳定性54-55
• 4.3.4 MTT 法检测细胞毒性55-56
• 4.4 小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66

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