纳米生物复合材料的构建与在生物传感中应用

纳米生物复合材料的构建与在生物传感中应用

李景虹

清华大学化学系 北京 100084

氧化还原蛋白质在电极上的电化学研究是生物电化学界和生命科学界非常关注的研究问题。它的研究对于研究蛋白质的电子传递机制以及开发新型的无媒介体电化学生物传感器具有重要的意义。

纳米技术的介入为电化学生物传感器的提供了广阔的发展空间。纳米材料具有比表面积大，催化活性高等特点，这使得它们可以活化电极表面，加速蛋白质的活性中心与电极表面的直接电子转移，同时保持蛋白质的生物活性。近年来，我们利用多种具有生物亲和性的纳米材料(纳米碳管，无机介孔材料和量子点)设计和修饰电极表面，探讨了氧化还原蛋白质的直接电化学性质及其催化特性。这些研究对于构造性能优良的第三代的生物传感器提供了新的思路和机遇。

1.以层状钛酸盐剥离的二氧化钛片为重构层状材料的前体，基于带负电荷的二

氧化钛纳米片和电正电荷的HRP分子的静电组装，成功地构建了HRP-TNS 酶电极。使用Mb与二氧化钛片进行组装，形成Mb嵌入的层状二氧化钛的复合物修饰电极，具有优良的电催化性能及热稳定性和pH稳定性。

2.通过双孔径介孔硅(BMS)和壳聚糖杂化膜来固载Hb成功构建了Hb/BMS/CS

电极。实验结果表明BMS大于Hb尺寸的大孔结构为Hb提供了高固载量和适宜的微环境，有利于多层Hb参与直接电子转移过程，同时，BMS小于Hb尺寸的小孔结构为H2O2提供了“传输通道”，有利于H2O2在膜内的扩散。

3.利用静电组装的方式，在温和条件下将Hb，DNA和多壁纳米碳管(WMNTs)

构筑了具有三明治结构的复合纳米材料DNA-Hb-MWNTs，为新颖的生物传感器的制备出提供了一种有效的方法和途径。

4.应用碲化镉量子点和大孔径泡沫硅材料(MCFs)制备了QDs-MCFs复合材料，

并用其固载肌红蛋白, 成功实现了Mb在电极表面的直接电子转移。

5.利用戊二醛交联的方法将Mb价键固载在胺基化的大孔径泡沫硅介孔材料中,

有效地防止了蛋白质在介孔基底中的泄漏。

6.合成了离子液体修饰化的有机粘土(1－丙基－3－甲基咪唑基氯离子液体修

饰的镁基硅酸盐有机粘土)，在温和条件下实现对蛋白的固载。

参考文献

1. D. Chen, G. Wang, J. H. Li*, Interfacial Bioelectrochemistry: Fabrication, Properties and

Applications of Functional Nanostructured Biointerfaces, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 2351-2367 (Invited Feature Article) Journal Cover

2. D. Chen, J. H. Li*, Interfacial Design and Functionization on Metal Electrodes through

Self-assembled Monolayers, Surface Science Reports, 2006, 61, 445-464 (Invited Review Article)

3.J. H. Li*, Y. Gui*, M. J. Wang, C. Sun, Electrochemical Sensor, in Encyclopedia of Sensors

(Eds. Craig A. Grimes, Elizabeth C. Dickey, and Michael V. Pishko), American Scientific Publishers,2006 （ISBN 1-58883-056-X)

4.J. H. Li*, D. Li, J. Q. Hu, Nanostructured Materials in Biosensors, Chapter 20, in Handbook

of Electrochemical Nanotechnology (Eds. by Y. Lin and H. S. Nalwa), American Scientific Publishers, Stevenson Ranch, CA, 2007 (ISBN: 1-58883-039-X)

5.L. Zhang, Q. Zhang, J. H. Li*, Layered Titanate Nano-Sheets Intercalated with Myoglobin

for Direct Electrochemistry, Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 1958-1965 (IF 6.779)

6.Q. Zhang, L. Zhang, J. H. Li*, Multi-Walls Carbon Nanotube-Hemoglobin- DNA Hybrid

Material with Sandwich Like Structure: Preparation, Characterization, and application in Bioelectrochemistry, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 8655-8660

7.X. B. Lu, Z. H. Wen, J. H. Li*, Hydroxyl-containing antimony oxide bromide nanorods

combined with chitosan for biosensors, Biomaterials, 2006, 27, 5740-5747

8.L. Zhang, Q. Zhang, J. H. Li*, Direct electrochemistry and electrocatalysis of hemoglobin

immobilized in bimodal mesoporous silica and chitosan inorganic-organic hybrid film, Electrochem. Commun.,2007, 9, 1530-1535

9.X. B. Lu, G. F. Zou, J. H. Li*, Hemoglobin entrapped within layered spongy Co3O4

nanoflakes and Nafion composite film featuring direct electron transfer and peroxidase activity, J. Mater. Chem., 2007, 17, 1427-1432

10.Q. Liu, X. B. Lu, J. Li, X. Yao, J. H. Li*, Direct Electrochemistry of Glucose Oxidase and

Electrochemical Biosensing of Glucose on Quantum Dots/Carbon Nanotubes Electrodes, Biosensors & Bioelectronics, 2007, 22, 3203-3209

11.L. Zhang, Q. Zhang, X. B. Lu, J. H. Li*, Direct electrochemistry and electrocatalysis based on

film of horseradish peroxidase intercalated into layered titanate nano-sheets, Biosensors & Bioelectronics, 2007, 23, 102-106

12.Q. Zhang, L. Zhang, B. Liu, X. B. Lu, J. H. Li*, Bioelectrochemsitry of Myoglobin

Immobilized in a Quantum Dots-Mesoporous Silicate Hybrid Material, Biosensors Bioelectronics, 2007, 23, 695–700

13.X. B. Lu, J. H. Zhou, W. Lu, Q. Liu, J. H. Li*, Carbon nanofibers-based composites for the

construction of mediator-free biosensors, Biosensors & Bioelectronics, BIOS-D-07-00485, Proofed