生物启发制备纤维蛋白骨架的多功能复合物用于生物传感

发布时间：2017-06-12 13:14

  本文关键词：生物启发制备纤维蛋白骨架的多功能复合物用于生物传感，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：固定化是学术研究与工业应用的重要科学问题与难题。生物识别分子的高效固定是开发高性能生物传感器关键步骤。生理凝血过程中,血液中纤维蛋白原通过凝血酶切反应形成纤维蛋白纤维,后者聚集形成三维网状结构并包裹大量血液中共存物(血小板等),最终形成凝胶状复合物以达到凝血目的。纤维蛋白纤维具有一系列优异性能,如强粘附性、高多孔率、生物相容性好、表面基团丰富等,可望开发为高性能载体用于高效固定生物活性分子、纳米材料及其他具有优异性能材料等,并用于发展高性能电化学生物传感器。藉此,我们开展了系列工作,主要内容如下:1.纤维蛋白骨架-聚多巴胺为壳层的复合粘合剂用于超高效生物和纳米固定。受凝血形成纤维蛋白纤维结构和贻贝软足高粘附能力现象的启发,结合生物聚合和化学氧化聚合,在纤维蛋白形成纤维过程中引入多巴胺的原位聚合,制备了新型纤维蛋白纤维-聚多巴胺的轴-壳型复合材料。该方法结合了纤维蛋白纤维和聚多巴胺的强粘附能力,并利用两者尺寸间差异实现了三维多孔复合结构的搭建,从而实现了超高效生物和纳米固定。以葡萄糖氧化酶(GOx)和金纳米粒子(AuNPs)为例,我们采用数码成像、紫外可见光谱(UV-vis)法、透射/扫描电子显微技术、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、电化学等方法探究了该复合黏胶对生物大分子和纳米材料的负载率、传质效率和生物催化性能。结果显示,纤维蛋白纤维-聚多巴胺复合生物粘合剂对高浓度的GOx(1 mg mL-1)和金纳米粒子(浓缩40倍)的负载率均接近100%。因独特的纤维蛋白纤维骨架支撑的多孔结构,所制复合物相比常规化学氧化聚合膜和纤维蛋白纤维膜表现出更优异的传质性能。所制备复合粘合剂对葡萄糖的生物催化灵敏度高达187.1mA cm~(-2) mM~(-1),远远高于大部分文献报道的同类生物传感器。2.纤维蛋白纤维高效固定还原石墨烯(RGO)制备新型多功能导电性生物凝胶。在纤维蛋白原、GOx和还原石墨烯溶液中,加入凝血酶诱发纤维蛋白原生物聚合凝结形成纤维蛋白纤维凝胶,同时原位包埋大量GOx和RGO。基于纤维蛋白纤维的高效固定能力,表面负载的高密度导电性RGO可相互连接,一方面赋予了绝缘性蛋白质复合物优异的导电性,同时也提供了大量吸附位点用于固定酶。发现纤维蛋白纤维对RGO的固定效率接近100%。循环伏安法和电化学阻抗法表征结果显示该复合物的导电性接近于裸金电极,显著优于纤维蛋白膜。研制的新型复合物修饰电极对葡萄糖的生物催化灵敏度高达83.2mA cm~(-2) mM~(-1)。3.在前述纤维蛋白骨架-RGO的高导电性复合物基础上,我们进一步将其用于原位固定催化性金属纳米粒子。常规蛋白基底呈高度绝缘性,限制了催化应用。本文新型复合物具有优异的导电性和固定能力,可固定大量金属纳米粒子并提供催化所需的电子传输能力,同时其本身的多孔性也赋予良好的传质能力,从而实现了蛋白纤维架构上的高效催化。结果显示,复合物对PtNPs的固定效率接近100%,对H2O2的催化灵敏度高达216mA cm~(-2) mM~(-1),比纤维蛋白凝胶提高了3倍,藉此研制高敏过氧化氢传感器。
【关键词】：纤维蛋白纤维 仿生 聚多巴胺 生物传感器 固定化 生物催化
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACTS5-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 电化学生物传感器11-14
• 1.1.1 电化学生物传感器概述11-12
• 1.1.2 电流型酶生物传感器12-14
• 1.2 生物活性分子固定方法14-17
• 1.2.1 聚合物对生物识别分子固定15-16
• 1.2.2 纳米材料对生物分子固定16-17
• 1.3 纤维蛋白基材料17-18
• 1.4 聚多巴胺材料18-19
• 1.5 本文构思19-20
• 第二章 生物启发制备纤维蛋白-聚合物的轴-壳复合材料及生物传感20-37
• 2.1 引言20-22
• 2.2 实验部分22-24
• 2.2.1 仪器与试剂22
• 2.2.2 实验步骤22-23
• 2.2.3 酶电极的制备与表征23-24
• 2.2.4 安培检测24
• 2.3 结果与讨论24-35
• 2.3.1 三种生物纳米复合物的制备和表征24-31
• 2.3.2 条件优化31-32
• 2.3.3 纤维蛋白-聚多巴胺复合物的生物催化性能32-35
• 2.4 小结35-37
• 第三章 生物启发制备纤维蛋白-还原石墨烯复合材料及生物传感37-46
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-39
• 3.2.1 仪器与试剂38
• 3.2.2 实验步骤38-39
• 3.2.3 安培检测39
• 3.3 结果与讨论39-45
• 3.3.1 酶电极制备及表征39-44
• 3.3.2 纤维蛋白-还原石墨烯复合物酶电极性能44-45
• 3.4 小结45-46
• 第四章 纤维蛋白-还原石墨烯-金属纳米复合材料用于高敏过氧化氢检测46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46-47
• 4.2.1 仪器与试剂46-47
• 4.2.2 实验步骤47
• 4.3 结果与讨论47-53
• 4.3.1 不同复合物制备和表征47-49
• 4.3.2 安培检测49-53
• 4.4 小结53-54
• 结论与展望54-56
• 参考文献56-69
• 致谢69-70

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本文编号：444151