纳米组装血红蛋白的直接电化学和催化研究

nullnullLOADING国家级化学实验教学示范中心以能力培养为核心 ，知识传授、能力培养、素质提高全面协调发展。 综合化学实验 全面科学教育要求教学既传授科学知识和技术，更训练科学和思维，还培养科学精神和品德。纳米组装血红蛋白的 直接电化学和催化研究 *null/实验目的/ 制备模拟生物膜的MWNT-CS薄膜，实现血红蛋白 (Hb)直接电子传递 研究Hb-MWNT-CS膜修饰玻碳电极对过氧化氢的 电催化行为并探讨了催化机理 测定血红蛋白催化过氧化氢的米氏常数 null/实验原理/血红蛋白（Hemoglobin, Hb） 由两条α和两条β多肽链构成的四聚体 null将Hb直接吸附固定在经羧基化处理的多壁碳纳米管 和壳聚糖薄膜中，实现了Hb的直接电子转移/实验原理/ 分子结构庞大，电活性中心不易暴露 在电极的吸附变形而造成电极表面的钝化在一般固体电极的电子传递速率很低，电子传递受阻null/实验原理/米氏常数的测定 米氏常数(Km) 等于酶促反应达到其最大速率一半时的底物浓度[S] 表示酶和底物之间的亲和能力，Km值越大，亲和能力越弱 稳态条件下，类似于酶促反应的电催化过程，根据 Lineweaver-Burk方程可得 以1/i~1/[S] 作图，利用斜率和 截距可以计算出米氏常数null/实验步骤/可溶性多壁碳纳米管的制备 20mg MWNT 30mL 30% HNO3 1000~2000 rpm 离心3min 去离子水洗涤到 pH值5~6 110℃烘箱干燥1h红外灯下恒重 红外表征 未处理的MWNT也要做红外表征 null/实验步骤/玻碳电极的预处理和循环伏安表征 预处理：玻碳电极用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉抛光 成镜面，依次用无水乙醇及蒸溜水超声洗净，晾干 循环伏安表征电解质：1.0mM K3Fe(CN)6 0.1M KCl 工作电极：玻碳电极 参比电极：饱和甘汞电极 对电极：铂丝电极 通氮除氧15min以上， 扫描速率：10、40、60、80 100、200 mV/s 记录：+0.6 ~ −0.20 V 扫描循环伏安图 null/实验步骤/纳米组装血红蛋白酶修饰电极的制备 20mg壳聚糖超声溶解于 2mL1%冰醋酸溶液pH=51 mgMWNT 4mgHb 加入到1 mL 上一步溶液 3μL Hb-MWNT分散液 滴涂于电极表面，晾干2h 得Hb-MWNT-GC修饰电极 不加MWNT以相似方法制得Hb-GC修饰电极为对照 null/实验步骤/过氧化氢的催化和米氏常数的测定 在电解池中放入10mL 0.1M pH=7.0 的磷酸缓冲溶液， 通氮除氧15min以上，加入不同溶度的过氧化氢溶液： 0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、 0.40、0.45、0.50 mM，分别记录在100 mV/s扫描速率 从+0.3 ~ −0.80 V扫描循环伏安图 null/注意事项/ 玻碳电极表面要处理干净，否则会阻碍修饰膜的 电子传递 缓冲溶液中的空气要彻底排除，防止氧气对过氧 化氢的催化干扰 null/数据处理/ 计算电极的粗糙因子 计算出米氏常数 null/讨论与思考题/ 比较处理前后多壁碳纳米管的FT-IR谱图并解释 水溶性原因 Hb-MWNT-CS和Hb-CS修饰电极对过氧化氢催化 电流大小的比较及讨论 血红蛋白修饰电极上的直接电化学行为讨论 纳米材料在电极表面修饰层内作用和原因是什么 探讨血红素蛋白质对过氧化氢的催化机理 试说明米氏常数Km的生物学意义 null/参考资料/ DAI Z H, XU X X, JU H X. Direct electrochemistry and electrocatalysis of myoglobin immobilized on a hexag- onal mesoporous silica matrix [J]. Anal. Biochem. 2004, 332: 23-31. DAVIS J J, GREEN M L H, HILL H A O, et al. The im- mobilisation of proteins in carbon nanotubes[J]. Inorg. Chim. Acta 1998, 272: 261-266. 鞠熀先. 电分析化学与生物传感技术[M]. 北京：科学 出版社，2006