聚合物-蛋白質(zhì)核殼納米粒子的合成及在葡萄糖傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、本論文以“聚合物/蛋白質(zhì)核殼納米粒子的合成及在葡萄糖傳感器中的應(yīng)用研究”為主題，利用銅離子引發(fā)體系在蛋白上接枝聚合物，制備了殼層為蛋白的核殼納米粒子；通過激光光散射(LLS)、透射電鏡(TEM)、Zeta電位和X射線光電子能譜(XPS)等分析技術(shù)表征了粒子的核殼結(jié)構(gòu)；通過帶耗散的石英晶體微天平(QCM-D)和LLS研究了酶與殼層為蛋白的納米粒子之間的相互作用以及酶在粒子上的吸附性質(zhì)；利用殼層為蛋白的納米粒子固定酶制備了生物傳感器，并結(jié)合

2、循環(huán)伏安法和恒電位安培法詳細(xì)表征了生物傳感器的測試性能。主要結(jié)果如下：
　　 首先，利用銅離子引發(fā)體系，我們制備出核層為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)殼層為牛血清白蛋白(BSA)的PMMA-BSA核殼納米粒子。通過TEM表征，直接觀察到了PMMA-BSA納米粒子的核殼結(jié)構(gòu)。Zeta電位實驗表明粒子和BSA的Zeta電位隨溶液pH值變化基本一致，說明粒子的殼層為BSA。結(jié)合XPS測試，對比分析了PMMA-BSA納米粒子和BSA的表面

3、成分，為PMMA-BSA納米粒子的殼層是BSA提供了直接的證據(jù)。在實驗上，我們研究了溫度、BSA與MMA質(zhì)量比和銅離子濃度對聚合反應(yīng)的影響，并利用索氏提取和酸水解法，得到聚合生成的均聚PMMA(homo-PMMA)和接枝到BSA上的共聚PMMA(graft-PMMA)，通過分析它們的結(jié)構(gòu)，來研究聚合反應(yīng)的原理。結(jié)果表明銅離子介入的MMA在BSA上的接枝聚合屬于自由基聚合反應(yīng)，并表現(xiàn)出乳液聚合的特征。銅離子通過與BSA絡(luò)合，在加熱下發(fā)生氧

4、化還原，產(chǎn)生自由基，引發(fā)MMA在BSA上的接枝聚合，產(chǎn)生的PMMA和BSA在水溶液中自組裝形成PMMA-BSA核殼納米粒子。通過控制聚合反應(yīng)中BSA與MMA的質(zhì)量比，我們可以制備出粒徑分布較窄，半徑范圍在60-110nm的PMMA-BSA核殼納米粒子。由于殼層為蛋白，使得PMMA-BSA納米粒子具有良好的生物相容性。
　　 其次，研究了PMMA-BSA納米粒子對葡萄糖氧化酶(GOx)的固定。在實驗上，利用LLS和QCM-D表征方

5、法，詳細(xì)研究了GOx與PMMA-BSA納米粒子之間的相互作用及GOx在PMMA-BSA納米粒子上的吸附過程。結(jié)果表明，GOx是以靜電吸引為驅(qū)動力吸附到PMMA-BSA納米粒子上。當(dāng)溶液pH值小于GOx等電點4.2或大于PMMA-BSA等電點5.1時，GOx和PMMA-BSA納米粒子表面帶同種電荷，靜電排斥阻礙了GOx在粒子表面的吸附；當(dāng)溶液pH值介于PMMA-BSA和GOx等電點之間時，GOx通過靜電吸引固定到PMMA-BSA粒子表面。

6、QCM-D實驗結(jié)果表明GOx在PMMA-BSA納米粒子上的吸附有兩個動力學(xué)過程：第一個過程是由靜電吸引作用導(dǎo)致的GOx在PMMA-BSA納米粒子表面的快速吸附過程;第二個過程是由吸附在粒子上的GOx構(gòu)象調(diào)整，產(chǎn)生了一些新的吸附位點，使GOx繼續(xù)吸附的過程。利用紫外光譜法測試了吸附后GOx的活性，結(jié)果表明與自由GOx相比，吸附到PMMA-BSA納米粒子上的GOx活性保留了80％以上。并且吸附后的GOx耐熱性也獲得很大提高。在50℃下恒溫3

7、5小時之后，GOx自由酶的活性損失了64％，而吸附到粒子上的GOx僅損失了28％的活性。
　　 在這些實驗基礎(chǔ)上，我們利用PMMA-BSA納米粒子固定GOx，制備了電流型葡萄糖傳感器。通過循環(huán)伏安法和恒電位安培法，表征了傳感器的測試性能。在氧氣存在下，傳感器對葡萄糖具有良好的催化作用，循環(huán)伏安實驗表明傳感器具有典型的擴(kuò)散控制的電化學(xué)特征。在0.4 V的工作電位下，傳感器對葡萄糖的線性響應(yīng)范圍為0.2-9.1 mM，靈敏度高達(dá)44

8、.1μAmM-1cm-2，響應(yīng)時間僅為6 s，并且傳感器在0.25 V的低電位下，對葡萄糖仍具有較高的電流響應(yīng)密度(25.8μAmM-1 cm-2)，表明傳感器可以通過低電位工作降低干擾物的影響。在相同條件下制備的傳感器，對1 mM葡萄糖的響應(yīng)電流的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為4.9％;另外，傳感器在含有1mM葡萄糖的磷酸鹽緩沖溶液(0.05 M，pH7.4)中，以50 mV/s的掃描速度在0-0.6 V的范圍內(nèi)掃描50圈，氧化電流未見明顯減小，表