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化学修饰电极是当前电化学电化学、电分析化学方面十分活跃的研究领域。它的问世,突破了传统电化学中只限于研究裸电极/电解液界面的范围,开创了从化学状态上人为控制电极表面结构的领域。目前已应用于生命科学,环境科学、分析科学、材料科学等许多方面。
在提高选择性和灵敏度方面,化学修饰电极具有独特的优越性。化学修饰电极表面上的微结构可提供多种能利用的势场,使待测物质能进行有效的分离富集,借控制电极电位又能进一步提高选择性,而且还能把测定方法(如脉冲伏安、溶出伏安法等)的灵敏性和修饰剂化学反应的选择性相结合,可以认为化学修饰电极是把分离、富集和选择性测定三者合而为一的理想体系。
本文以纳米金(nano-gold)为修饰材料,研究和制备了纳米金复合3-巯基丙酸(MPA)修饰电极。这不仅大大拓展了纳米金的应用范围,而且丰富和发展了电化学分析的内容。就一些对生命活动起重要作用的物质尿酸(uA)及抗癌药物5-氟尿嘧啶(5-Fu)的现有的分析方法及存在问题进行了阐述。在此基础上研制出对应的新型化学修饰电极,纳米金复合MPA修饰电极,所制备的修饰电极分别对UA有良好的分子识别能力,建立了这些生物活性分子的电化学分析方法,并利用DNA修饰电极研究了DNA与5-Fu的相互作用。这些方法在生物传感器的研究、以及实际样品的检测上具有一定的参考和应用价值。此外对表面等离子体共振(SPR)传感器的原理及应用做了简单阐述,利用基于SPR技术的DNA传感器研究了5-Fu与DNA的相互作用。本论文的研究内容主要包括:
1.我们利用MPA在玻碳电极表面的自组装来固载纳米金,制备纳米金复合MPA修饰电极(NG/MPA/GCE)。对三巯基丙酸的自组装条件,以及纳米金固载的相关条件进行了研究,克服了普通纳米金修饰的玻碳电极在研究的溶液中稳定性差,易脱落的缺点,讨论了该修饰电极的电化学行为及电极的稳定性。通过研究修饰电极在0.5mmol·L<-1>Fe(CN)<,6><3->/Fe(CN)<,6><4->探针溶液的中氧化还原峰电流与扫描速度的关系,发现该修饰电极在电极反应过程动力学受吸附过程控制。利用MPA固载纳米金在玻碳电极上未见报道。
2.制备不同粒径的纳米金,并对其进行表征。制备了纳米金修饰电极(NG/GCE),研究NG/GCE修饰电极对UA催化氧化。NG/GCE修饰电极能够降低其过电位。UA浓度与氧化峰电流在6×10<6>—2×10<-3>mol/L之间呈线性。检测限1×10<-7>mol/L。并将该修饰电极用于测定模拟尿样中UA的含量,该方法简便稳定性高,为纳米材料在生命科学中的应用提供一种新型的电化学传感器。为生理学研究提供了新的手段。
3.研究NG/MPA/GCE修饰电极对UA催化氧化。在0.1mol·L<-1>的磷酸缓冲溶液(pH7.0)中,NG/MPA/GCE能够显著降低UA过电位。UA浓度与氧化峰电流在2.0×10<-5>~8×10<-7>mol·L<-1>范围内呈线性关系,检测限为1.6×10<-7>mol/L
4.制备了DNA/NG/MPA/GCE修饰电极,研究了5-Fu在该电极上的电化学行为。5-Fu在该修饰电极上有一灵敏的氧化峰,。同时用该电极研究了5-Fu与DNA的相互作用,并对其相互作用的机理进行了探讨, 此方法未见报道。
5利用SPR传感装置制作了基于SPR的DNA传感器,以分子自组装巯基膜为敏感膜,成功的固定了单链和双链DNA,用该传感器进一步研究了5-Fu与DNA的相互作用,发现离子强度对二者作用有较大影响,讨论了小分子物质与DNA作用的模式结合试验现象,认为5-Fu与DNA之间的作用是静电作用和序列作用,该方法与电化学方法对比,具有灵敏度更高、检出限更低的优点。其中用SPR传感器研究5-Fu与DNA的相互作用文献未见报道。