（分析化学专业论文）基于链接化学策略的固体界面功能化、表征及应用研究.pdf

、- 引。 0 t|1，三?、。 ，r，j一r 、 d i s s e 删o nf o rm a s t e rd e g r e e p v ， v 、 n r 3 r 膏 s c h o o lc o d e ：10 2 6 9 s t u d e n t sn u m b e r ：510 7 0 6 0 6 0 3 0 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y c h a r a c t e r i s t i ca n d a p p l i c a t i o n sf o r f u n c t i o n a l i z a t i o no fs o l i di n t e r f a c ev i a c l i c kc h e m i s t r ys t r a t a g e s d e p a r t m e n t s u b j e c t i 沁s e a r c hf i e l d s u p e r v i s o r s t u d e n t sn a m ey u a nt i a n a p i r l ，2 010 ，s h a n g h a i 2 、，q，声 、r)唧， ， p j 1 一 华东师范大学学位论文原创1 生声明y 17 41 8 m 8 挚7 帆 郑重声明：本人呈交的学位论文基于链接化学策略的固体表面功能化、表征及应 用研究，是在华东师范大学攻读赫士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 斗 日期：如挥朋矾日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 基于链接化学策略的固体表面功能化、表征及应用研究系本人在华东师范大学 攻读学位期间在导师指导下完成的硕士博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果 归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并 向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子 版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论 文加入全国博士、硕士崤苎碰论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇 编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密 学位论文宰，于年 月日解密，解密后适用上述授权。 ( 叫2 不保密，适用上述授权。 导师签名本人签名 沙，蛮年j 月印日 牛“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 3 、。呵) 旦夔硕士学位论文答辩委员会成员名单 4 姓名职称单位 备注 徐通敏教授华东师范大学主席 张文教授华东师范大学委员 施国跃教授华东师范大学委员 呵，j v 。 t ， 、 p 、 ； 一 摘要 论文摘要 链接化学( c l i c kc h e m i s t r y ) 是指利用易得的原料，通过高效、可靠而又具 有选择性的反应来实现杂原子连接( c x _ c ) ，从而低成本、快速地合成新化合物 的一套实用的合成方法，其反应过程被描述为像点击鼠标一样简单、高效、通用。 这类反应具有反应模块化，起始原料或反应物易得，反应操作简单，条件温和， 反应收率高，副产物少等优点，被广泛用于组合化学，有机物合成，蛋白质和 d n a 的标记等领域。 自组装单分子膜( s e l f - s e m b l e dm o n o l a y e r ，s a m s ) 是构膜分子通过分子间及其 与基底材料间的物化作用而自发形成的一种热力学稳定、排列规则的单层或多层 分子膜。自组装膜技术能在分子水平上设计膜的结构，获得特殊的性能和功能， 在电分析领域得到了巨大的应用，成为近年来十分活跃的研究领域。形成s a m s 的前体分子的末端官能团决定了材料表面的化学性能。通过可利用的前体分子沉 积制备s a m s 后，其表面活性基团可以通过化学共价键合的方法进行改性得到系 列多样的表面化学性能。 本论文将自组装技术与链接化学策略相结合，对金电极材料进行修饰和改 性，通过电化学，光谱学等手段对表面修饰过程进行表征，并将其用于检测，识 别和筛选某些目标分析物。 第一章绪论 介绍了表面功能化过程中应用较多的化学反应类型和技术，包括o x i m e 反 应，d i e l s a l d e r 反应，链接化学，s t a u d i n g e r 反应，t h i o l e n e 反应，m i e h a e l j j n 成 反应及光接枝技术。总结了表面功能化过程中的表征技术及其在电分析化学领域 的应用。在目前已报道研究成果的基础上，提出了本论文的研究内容和研究意义。 第二章金电极表面高效嫁接血红蛋l 刍( i - i b ) ：表征、氧化还原热力学及生物电催 化 报道了一种多功能的表面化学方法( 共价键和的方式) ，将其用于在金电极自 组装膜上配体和蛋白的固载。该策略基于以下两个步骤：1 ) 通过链接反应的方 式，终端为炔基( r - c _ = c h ) 的自组装膜与配体叠氮p e g j - 氨基( n 3 p e g - n h 2 ) 、 i 0 ； ， 、 ! 、- ， i | 1 i - f 、 j z 结合；2 ) 通过碳二亚胺反应将血红蛋白( h b ) 共价固载在配体的氨基端。分别 采用表面增强拉曼散射光谱( s e i 述) ，原子力扫描电镜( a f m ) ，反射红外吸 收光谱( r a 琅) 以及循环伏安法( c v ) 来表征该模型界面的反应。同时，研究 表明，该界面具有很好的生物兼容性，对较低浓度的过氧化氢具有很好的线性响 应。此外，本文研究了血红蛋白氧化还原的热力学特性。 第三章基于电化学引发的自组装膜4 巯基嘧啶迈克尔加成反应：生成终端氢醌 及其与c u 2 + 和n i 2 + 络合 研究了邻苯氢醌，对苯氢醌和多巴胺分别作为亲电试剂；经电化学引发，与 金电极表面的自组装单层膜4 巯基嘧啶发生迈克尔加成反应。研究结果表明，三 类化合物均可与4 巯基嘧啶迈克尔加成，产物终端氢醌表现出可逆的氧化还原响 应，其中邻苯氢醌与4 一巯基嘧啶的反应效率最高。此外，研究发现，终端邻苯氢 醌与咖撇合后表现出不同的电化学行为，并且采用电化学和光学手段研 究了络合机理。基于终端邻苯氢醌与咖瀚合后不同的电化学行为，该体 系为金属离子的识别提供了一个潜在的平台。 第四章邻苯氢醌修饰金电极电化学检测生理巯基化合物及其用于乙酰胆碱酯 酶抑制剂的筛选 报道了邻苯氢醌修饰金电极，经电化学氧化，端基产物醌与巯基化合物半胱 氨酸c y s 和谷胱甘肽g s h 的亲核加成。通过电化学方法进行监控，该修饰电极能 够检测低浓度生理巯基化合物，对半胱氨酸c y s 和谷胱甘肽g s h 的检测范围分别 为1 0 x l 矿2 2 x 1 0 - 7m 和1 0 x 1 0 - 9 1 3 x 1 0 - 7m 。此外，研究发现，该修饰 电极可用于乙酰胆碱酯酶的活性研究并能够对其抑制剂进行筛选。 关键词：表面化学；自组装单层膜；表面功能化；链接反应；迈克尔加成反应。 2 留 0 o 、 一 垒堕垦垒篁! c h a p t e ro n e ：p e r f a c e a b s t ra c t an u m b e ro fi n t e r f a c i a lc h e m o s e l e c t i v e s t r a t e g i e si n c l u d i n go x i m er e a c t i o n , d i e l s a l d e rc o n j u g a t i o n , c l i c kc h e m i s t r y ，s t a u d i n g e rl i g a t i o n , t h i 0 1 e n er e a c t i o n , m i c h a e la d d i t i o n , s u p e r m o l e c u l a rc h e m i s t r ya n dp h o t o g r a f t i n gh a v eb e e n d e v e l o p e d t oi m m o b i l i z ea n d p r e s e n tav a r i e t yo fl i g a n d so nt h es u r f a c e b a s i cc o n c e p t ， c h a r a c t e r i s t i c ，m e t h o d s f o rc h a r a c t e r i z a t i o na n d a p p l i c a t i o n s o fs u r f a c e f u n c t i o n a l i z a t i o na r ei n t r o d u c e d c h a p t e rt w o ：h i g h - q u a l i t yc o v a l e n t l yg r a f t i n gh e m o o b i no ng o l de l e c t r o d e s ： c h a r a c t e r i z a t i o n ，r e d o xt h e r m o d y n a m i c sa n db i o - e l e c t r o c a t a l y s i s h e r e i n ，w er e p o r tav e r s a t i l es u r f a c ec h e m i s t r ym e t h o d o l o g yt oc o v a l e n t l yi m m o b i l i z e l i g a n d sa n dp r o t e i n st os e l f - a s s e m b l e dm o n o l a y e r s ( s a m s ) o ng o l de l e c t r o d e t h e s t r a t e g yi sb a s e do nt w os t e p s ：1 ) t h ec o u p l i n go fs o l u b l e 晒d o p e g a m i n l ol i g a n d w i t ha l l a l k y n y l - t e r m i n a t e dm o n o l a y e rv i ac l i c kr e a c t i o na n d2 ) c o v a l e n t i m m o b i l i z a t i o nh e m o g l o b i nf i f o ) t ot h ea m i n e - t e r m i n a t e dl i g a n dv i ac a r b o d i i m i d e r e a c t i o n s u r f a c e - e n h a n c e da a m a ns c a t t e r i n g s p e c t r o s c o p y ( s e r s ) ，a t o m i cf o r c e m i c r o s c o p y ( a f m ) ，r e f l e c t i o na b s o r p t i o ni n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( r a m ) a n dc y c l i c v o l t a m m e t r ya r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h em o d e li n t e r f a c i a lr e a c t i o n s w ea l s o d e m o n s t r a t et h ee x c e l l e n tb i o c o m p a t i b i l i t yo ft h ei n t e r f a c ef o rh bi m m o b i l i z a t i o na n d r e l i a b l ea p p l i c a t i o no ft h ep r o p o s e dm e t h o df o rh 2 0 2 b i o s e n s i n g m o r e o v e r , t h er e d o x t h e r m o d y n a m i c so ft h ef e 3 印e 2 + c o u p l ei nh bi sa l s oi n v e s t i g a t e d c h a p t e rt h r e e ：e l e c t r o c h e m i c a l l yt r i g g e r e dm i c h a e la d d i t i o no nt h e s e l f - a s s e m b l yo f4 - t h i o u r a c i hg e n e r a t i o no fc a t e c h o lt e r m i n a t e dm o n o l a y e r s a n dc o m p l e xw i t hn i ( ) a n dc u ( ) i nt h i sp a p e r , e a t e c h o l ，1 ，4 - d i h y d r o x y b e n z e n ea n dd o p a m i n ea r ei n v e s t i g a t e da s p r e c u r s o ro fe l e c t r o p h i l e sf o rm i c h a e la d d i t i o nr e a c t i o nw i t ht h es e l f 酞s e m b l e d 3 p、 i i 吲 1 d p i ， a b s t r a c t m o n o l a y e r ( s 创旧o f4 - t h i o u r a c i l ( 4 - t u ) v i ae l e c t r o c h e m i c a lt r i g g e r i n g a l l c o m p o u n d sc a nu n d e r g om i c h a e la d d i t i o nr e a c t i o n 诵t h4 一t u ，h o w e v e r ，o n l yc a t e c h o l c a l lc o n d u c tw i t h h i 曲e f f i c i e n c y t h e c a t e c h o l - t e r m i n a t e ds a m sv i a e l e c t r o c h e m i c a l l yt r i g g e r e dm i c h a e l a d d i t i o nr e a c t i o ne x h i b i tr e v e r s i b l er e d o x r e s p o n s e i na d d i t i o n , w ef m dt h a tc a t e c h o l - t e r m i n a t e ds a m sc a l lc o m p l e xw i t hn i 2 + a n dc u 2 + w i t hd i f f e r e n te l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o r s m o r e o v e r ，t h em e c h a n i s mo f c o m p l e x a t i o no fn i 2 + a n dc u 寸w i t hc a t e c h 0 1 t e r m i n a t e ds a m si sa l s od e m o n s t r a t e d w i t he l e c t r o c h e m i c a la n d s p e c t r o m e t r i c m e t h o d s b a s e do nt h ed i f f e r e n t e l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o r so fc u 2 + a n dn i 2 + c o m p l e x ，t h ec a t e c h 0 1 t e r m i n a t e ds a m s p r o v i d e ap o t e n t i a lp l a t f o r mf o rm e t a li o n sr e c o g n i t i o n c h a p t e rf o u r ：d e t e r m i n a t i o n o f p h y s i o l o g i c a l t h i o l s b y e l e c t r o c h e m i c a l d e t e c t i o nw i t hc a t e c h o l m o d i f i e da ue l e c t r o d ea n di t sa p p l i c a t i o ni ni n h i b i t o r s c r e e n i n gf o ra c e t y l c h o l i n e s t e r a s e t h e n u c l e o p h i l i ca d d i t i o no ft h ea m i n o t h i o l sc y s t e i n e ( c y s ) a n dg l u t a t h i o n e ( g s h ) t o t h e e l e c t r o g e n e r a t e do - q u i n o n eo fc a t e c h o l t e r m i n a t e ds a m si sr e p o r t e d t h e m o d i f i e de l e c t r o d ed i s p l a y e dag o o dc u r r e n tr e s p o n s et op h y s i o l o g i c a lt h i o l s t h e l i n e a rr a n g e sa l e1 0 1 0 9t o2 2 x 1 0 - 7mf o rc y sa n d1 o x l o - 9t o1 3 x 1 0 - 7mf o r g s h m o r e o v e r , t h i sm e t h o di sa l s ou s e f u lf o ra c t i v 时s t u d ya n ds c r e e n i n gi n h i b i t o r s o f a c b e k e y w o r d s ：s u r f a c ec h e m i s t r y ；e l e c t r o c h e m i s t r y ；s u r f a c ef u n c t i o n i z i t i o n ；c l i c k c h e m i s t r y ；m i c h a e lr e a c t i o n 4 t + 、 l r 。、 、 i l 目录 目录 第一章绪论1 l 表面功能化的选择性化学反应策略j 1 2 表面功能化的表征方法9 3 表面功能化在电分析化学中的应用一1 1 4 现状与展望一13 5 本论文的工作内容和研究意义一1 3 参考文献16 第二章金电极表面高效嫁接血红蛋白：表征，氧化还原热力学及生物电催化2 0 1 引言2 0 2 实验部分2 1 2 1 试剂与仪器2 1 2 2 电极的制备2 2 3 结果与讨论一2 3 3 1 拉曼光谱表征( r s ) 2 4 3 2 原子力扫描电镜( a f m ) 2 5 3 3 血红蛋白的生物活性2 5 3 4 电化学表征2 6 3 5 血红蛋白的氧化还原热力学3 0 3 6 催化活性31 4 结论：一3 4 参考文献3 5 第三章基于电化学引发的自组装膜4 一巯基嘧啶迈克尔加成反应：终端邻苯氢醌 的生成及其与c u 2 + 和卜娃2 + 的络合3 8 1 引言3 8 2 实验部分3 9 2 1 试剂与仪器3 9 2 2 邻苯氢醌自组装膜的制备。一4 0 5 叫 广、 目录 2 - 3 邻苯氢醌与c u 2 + 和n i 2 + 的络合一4 0 3 结果与讨论4 0 3 14 一t u 自组装膜的表征一：。4 0 3 2 电化学引发的迈克尔加成4 1 3 3 终端邻苯氢醌的电化学一4 3 3 4 不同p h 条件下终端邻苯氢醌与c u 2 + 和n i 2 + 的络合4 5 3 5c u 2 + 和n i 2 + 的浓度滴定5 0 4 结论5 1 参考文献5 2 第四章邻苯氢醌修饰金电极用于电化学检测生理巯基化合物及其乙酰胆碱酯酶 抑制剂的筛选5 6 1 引言5 6 2 实验部分_ 5 7 2 1 试剂与仪器5 7 2 2 终端邻苯氢醌修饰电极的制备5 8 2 3 测试方法5 8 3 结果与讨论5 8 3 1 修饰电极的电化学表征：5 8 3 2 巯基化合物在修饰电极上的电化学响应5 9 3 3 乙酰胆碱酯酶抑制剂的活性及其抑制剂筛选的研究6 1 4 结论6 4 参考文献6 5 附录申请硕士期间已发表及待发表的论文6 8 致 射6 9 6 叫 气 、 第一章绪论 第一章绪论 表面功能化对于制备新材料，材料改性以及为生物传感技术寻求新的固相基 底具有广阔的前景和重大的意义。通过表面功能化不仅可以得到高活性、高选择 性的催化新材料【1 】，而且利用可控的化学、形貌性质固定生物分子，理解、控 制和优化生物分子在固体材料表面的固定以及功能化表面和其特异性识别分子 之间的相互作用，实现均匀致密、高特异性及高稳定性功能化表面的制备，有益 于发展新一代固相免疫分析技术和生物传感技术。 表面功能化的方法种类繁多，本文重点介绍几类选择性共价键合的化学策 略。 1 选择性化学反应策略用于表面功能化 分子自组装( s e l f - a s s e m b l y ) 技术是指分子在氢键、范德华力、静电、疏水亲 脂等弱作用力的推动下，自发地形成具有特殊结构和形状的分子集合体的过程。 这种技术为人们提供了一种从分子水平上有效地构建各种不同结构体系的新方 法，在许多研究领域如分子生物学、生物传感器、分子器件、表面材料工程、非 线性光学、金属防腐蚀方面都有广阔的应用前景【2 。5 】。 自组装膜技术具有原位自发性、热力学稳定、构成方法简单并且不受基底材 料形状的影响，可形成均一稳定、分子排列有序、低缺陷以及尺寸纳米级等诸多 优点，成为自组装领域的主要研究对象。近年来，自组装膜技术开始被广泛应用 于修饰改性电极材料以实现特定的电化学功能，进而应用于电化学检测某些特殊 目标分子，已成为一个热门的研究领域。 在表面化学体系中，研究最为广泛的是巯基化合物在金表面的自组装。金表 面自组装技术的主要优点在于金本身良好的导电性使之能够与各种表面表征技 术相兼容。而且烷基硫醇易购买，易合成，为裁剪各种材料提供了机会。除了直 接合成烷基硫醇外，诸多化学界面修饰策略已经得到了发展，包括o x i m e 反应， d i e l s a l d e r 反应，链接化学，s t a u d i n g e r 反应，t h i 0 1 e r i e 反应，m i c h e a l 加成反应 及光接枝( p h o t o g r a f t i n g ) 技术。 1 1 o x i m e 反应： 材料生物功能表面的构筑，从材料学角度讲是通过材料表面工程使生物材料 适应并被组织“接纳”，赋予其动态整合性；从临床应用的角度，功能化表面接 合周围组织与植入材料，起到“人工细胞外基质“的作用。生物功能表面的构筑 在组织工程学中占有非常重要的地位，y o u s a f 研究小组【6 】采用表面o x i m e 反应按 特定图案和梯度，实现了配体和细胞的固载，为多种配体的同时固载提供了可能， 将其用于研究细胞的黏附性及细胞的迁移。在该生物功能化过程中，o x i m e 反应 的机理为：含氢醌和羟基的混合自组装膜经电化学氧化，氢醌被氧化为相应的醌， 醌即可与羟基胺标记的配体( r o n h 2 ) 进行选择性的反应，从而实现了配体的 高质量固载( 如图1 ) 。 魄 【r l ，、。 图1 羟基胺与终端氢醌自组装膜的界面反应示意图。 r 墨l i g a n d f i g u r e1 i n t e r r a c i a lr e a c t i o nb e t w e e ns o l u b l eo x y a m i n ea n dq u i n i n et e r m i n a t e ds a m s 1 2d i e l s - a l d e r 反应： d i e l s - a l d e r 反应是一个共轭二烯烃和另一个亲二烯烃组分发生1 ，4 - 力口成反应 生成环状化合物，也称双烯合成。m r k s i c h 等 7 1 人在金表面自组装混合单层膜， 通过电化学调控，实现配体的固载。端基分别为氢醌和羟基的自组装膜，经电化 学氧化，氢醌转化为醌，此时醌即可与环戊二烯衍生物生成d a 加合物，有效地 实现了i 谨团在金表面的固载( 图2 ) 。该方法可实现蛋白等生物活性分子高选 择性高效率地嫁接，而且产物稳定性好，并适用于多种配体的固载。 2 第一章绪论 alitha i l 图2 电化学可调控的醌与环戊二烯的d i e l s - a l d e r 反应。 f i g u r e2 r e v e r s i b l ee l e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o no fam o n o l a y e rt h a tp r e s e n t st h eh qg r o u pa f f o r d s a m o n o l a y e r t h a tp r e s e n t st h eqg r o u p ，w h i c hc a ni nt u r nr e a c tw i t hc pt og i v et h ed - aa d d u c t 1 3 链接化学 链接化学h u i s g e n1 ，3 偶极环加成反应是一种简单的合成方式，2 0 0 1 年 s h a r p l e s s 掣8 】人提出链接化学以来，由于其具有反应易得，条件温和，产率高， 选择性高等优点，在固体表面功能化1 9 1 ，纳米材料功能化【1 0 】，多孔材料的功能化 【l l j 等方面均得到了广泛的应用。 在固体表面功能化方面，链接反应已经被广泛用于金片【9 】，硅片【9 1 及热解光 阻石墨【9 】等不同材料的表面化学修饰。z h a n g 等人1 刁在金表面，m i u r a 等人 1 3 1 在硅 表面采用链接反应固载糖分子，构造了排列有序，稳定，刚性的糖类自组装单分 子层，该糖类自组装单分子层被用于研究糖类和蛋白之间的相互作用( 图3 ) 。 3 ，夕夕。产。一s 。s 于3 。 h 气o toh。蹩ohoh o h hoo强h o h 1 4s t a u d i n g e r 反应 在蛋白质组学领域，蛋白质通过大分子区域进行位点选择性及化学选择性的 固载，而不与其它分子作用是人们所希望的【1 4 1 。胁l e s 等【1 5 1 和b e r t o z z i 等【1 6 】采 用s t a u d i l l g e r 反应【1 7 1 ，通过两步实现了蛋白质的固载，在该策略中，蛋白质与多 肽链实现了非共价结合。然而，h e r b e r t 等【1 8 】人报道了叠氮化的蛋白与经二苯基 磷修饰的玻璃基底间位点选择性的共价固载，该方法可用来制作蛋白微阵列( 图 4 ) 。 p h o s p h a n e - m o d 维e d g l a s ss i d e s p r o t e i ni r r c n o b i l i z a t i o n b ys t a u d i n g e ru g a t o n n - 嗲r a = 伐 图4 二苯基磷功能化的玻璃基底上固载叠氮化的n r a s 蛋白。 f i g u r e4 i m m o b i l i z a t i o no f t h ea z i d e - f u n c f i o n a l i z e dn - r a sp r o t e i no np h o s p h a n e - f u n e t i o n a l i z e d 西麟s l i d e s 4 瓤 第一章绪论 1 5t h i 0 1 e n e 反应 r 厂s 沙鸭 t h i o l - e n ep r o d u c t f 1 1 - s h j f ，l ， r 一s h+ i n i t i a t o r ( p h o t oo tt h 嚣m a o r 厶 气 r 2 示意图一巯基自由基与烯烃类的反应机理。 s c h e m e1m e c h a n i s mo fr a d i c a lt h i o l - e n ec o u p l i n g t h i 0 1 e l l c 反应【1 明是一类经光引发或热引发，巯基化合物与碳碳双键之间( 或 烯烃) 发生的反应，反应机理见示意图一。该反应具有链接反应所有的特征， 如反应条件温和，反应快速，高效率，且无副产物，因此该反应在有机合成， 生物功能化，表面及聚合物修饰等方面具有广泛的用途。w a l d m a n n 等人 2 0 1 基 于t h i o l e r i e 反应，采用一种新的光化学策略，实现了蛋白的位点特异性固载， 并且保持了蛋白的构象和活性。该方法为实现蛋白质在表面进行结构可控的组 装提供了可能( 图5 ) 。 5 图5 采用t h i 0 1 e n e 反应对蛋白质进行密度和位置可控的嫁接。 f i g u r e5 t h ep h o t o i n d u c e dt h i o l - - e n ec o u p l i n go f p r o t e i n st os u r f a c e sw i mp r e c i s ec o n t r o lo f g r a f t i n gd e n s i t ya n dp o s i t i o n 1 6m i c h a e l 加成反应 迈克尔加成反应( m i c h a e la d d i t i o nr e a c t i o n ) 是指亲电的共轭体系( 电子 受体) 与亲核的碳负离子( 电子给体) 进行的共轭加成反应，是有机合成 中增长碳链的常用方法之一。c h a r l e s 等人【2 1 】通过重氮盐还原在玻碳电极表面 沉积终端氢醌的衍生物，进而经电化学氧化将氢醌转变为醌，亲核试剂如含二茂 铁的胺基化合物，4 硝基苯酚等可进攻醌分子中苯环的空位，进行界面迈克尔加 成反应( 图6 ) ，从而实现了在电极表面修饰了多种电活性物质，并进一步探究 了反应机理。 6 ； 第一章绪论 图6 邻苯氢醌修饰玻碳电极表面的迈克尔加成反应。 f i g u r e6 b i a s - a s s i s t e dm i c h a e la d d i t i o n0 1 1ac a t e c h o l - m o d i f i e dg l a s s yc a r b o ne l e c t r o d e 1 7 光接枝( p h o t o g r a f t i n g ) 技术 表面性能对高分子材料应用至关重要，但多数聚烯烃材料表面惰性， 需对表面进行改性或功能化。紫外光引发表面光接枝聚合反应具有诸多优 势，因而获得广泛应用。实施表面光接枝聚合反应的一些新方法包括：控 制活性表面光接枝聚合、自引发光接枝聚合、暗区表面光接枝聚合、表面 光接枝一交联聚合以及表面小分子光化学反应等。诸多方法中，光接枝技术 具有操作简便可控，低成本，反应条件温和等突出的优点，并且能够减少 甚至避免聚合物团聚等负效应，引起了人们极大的兴趣。在该反应过程中， 典型的“t y p ei i 光引发剂苯甲酮( b p ) 及其衍生物被广泛地用于从聚合 物表面提取氢从而获得自由基嘧喇1 。 y a n g 等人嘲采用两步光接枝方法，即首先将由二苯甲酮( b p ) 夺氢产 生的半频哪醇“休眠基团共价偶合到基材表面，然后在光、热作用下使 偶合c c 弱键断裂再生出表面自由基并引发单体接枝聚合，利用休眠基团 的重复偶合一断裂，实现了活性自由基表面接枝聚合( 图7 ) w a n g 等人嘲将 上述二维平面上的活性接枝聚合方法拓展到聚合物粒子表面，进而制备了 功能型聚合物粒子。他们首先将上述“休眠基 引入聚合物粒子表面，然 后引发单体在粒子表面进行接枝交联聚合( 图8 ) ，单体接枝效率可高于 9 0 。进一步利用这种聚合物粒子引发单体聚合，制备了核一壳结构复合聚 合物粒子，为新型结构、高性能功能材料的设计、制备提供了一条新思路。 7 卜邺 曼一暨c ? - - 簧c h 2 c h 2 n =毋co-c一 第二章金电极表面高效嫁接血红蛋白( h b ) ：表征，氧化还原热力学及其生物电催化 原子力扫描电镜( a f m ) 微接触式原子力扫描电镜用于表征血红蛋白的表面覆盖情况，图2 显示了金 表面修饰1 ，4 - d e b 和n 3 p e g - n h 2 后的图像，以及该金片隔夜浸泡于3 m gl d 血红 蛋白溶液后的图像。经p e g d e b 修饰后的表面不平整，表面形貌类似群岛紧密 地罗列，表明形成了高度紧致的单分子层( 见图2 a ) 。该膜表面附着血红蛋白后， 表面形貌明显地不同于之前，表面出现亮点，小颗粒自由分散在表面( 见图2 b ) 。 同时，a f m 证实了由于附着的血红蛋白的量不同，导致厚度不一致，表面不完 整，存在缺陷。 m 图2 微接触式a f m 成像：p e g d e b 修饰金片( a ) 和表面固载h b 后( b ) 的图像 f i g u r e2 a f mt a p p h a gm o d ei m a g e so fp e g d e b m o d i f i e dg o l dp l a t e sb e f o r e ( a ) a n da f t e r ) h ba t t a n c h r n e n t 血红蛋白的生物活性 反射吸收红外( r a 球) 光谱通常用于提供多肽链二级结构的详细信息，并 用于检测蛋白质的构象变化。【3 3 】酰胺i 带( 1 7 0 0 - 1 6 0 0c m 。1 ) 是蛋白质骨干中多 肽链c = o 的伸缩振动，酰胺i i 带( 1 6 0 0 - - - 1 5 0 0c m 1 ) 来自n h 的平面内弯曲振动 及多肽中c - n 的伸缩振动。如图3 所示，h b p e g d e b 修饰的单层膜中血红蛋白的 酰胺i 带( 1 6 4 5 c m l ) 酰胺带( 1 5 4 8 c m - 1 ) 与蛋白质的红外特征光谱( 1 6 5 0c m 1 和1 5 4 1c m 。1 ) 类似，表明血红蛋白固载在p e g d e b 单层膜上保持着其生物活性 ( 未变性) 。 图3 h b p e g d e b 修饰金片的反射红外吸收光谱 f i g u r e3 ra 瓜s p e c t r u mo f h b p e g d e bm o d i f i e dg o l dp l a t e s 电化学 循环伏安法和交流阻抗法进一步证实了血红蛋白自组装膜的形成。d e b 和 1 , 1 3 p e g - n h 2 自组装膜在所研究的电势窗范围内表现为电化学钝化，裸金电极在 k 4 f e ( c n ) 6 k 3 f e ( c n ) 6 溶液中表现出一对可逆的氧化还原峰，如图4 a ( 曲线a ) 所 示。d e b 在表面自组装后法拉第电流衰减，表明自组装膜阻碍电子的传递；d e b 与n 3 p e g - n h 2 进行高效的链接反应后，会进一步形成阻碍层，法拉第电流进一 步衰减( 图4 a 曲线c ) 。同时，阻抗图谱( 图4 ) 也揭示了自组装膜性质的变化。 如图4 b ( 曲线b ) 所示，d e b 自组装膜形成后，k 4 f e ( c n ) 6 k 3 f e ( c n ) 6 氧化还原反 应的阻抗值( r o t ) 增大，d e b 与n 3 p e g - n h 2 链接反应后，阻抗值( r o t ) 进一步增大， 表明形成了高度紧密的单分子层结构。 f =仃、扫一协c_c一 第二章金电极表面高效嫁接血红蛋白( h b ) ：表征，氧化还原热力学及其生物电催化 图4 a ) 0 1 mk c l 含1 0m mk 4 f e ( c n ) d k 3 f e ( c n ) 6 中不同电极的循环伏安图：裸金电极( a ) ， d e b 修饰电极( b ) ，p e g d e b 修饰电极( c ) 。扫速为1 0 0m v s - 1 。b ) 不同电极的交流阻抗图： 裸金电极( a ) ，d e b 修饰电极 ，p e g d e b 修饰电极( c ) 。频率范围0 3h z 1 0 0k h z 电压0 2 2 4 v = 交流幅度5 m v f i g u r e4 a ) c v so f1 0m mk 4 f e ( c n ) d k 3 f e ( c n ) 6i no 1 mk c lo na b a r eg o l de l e c t r o d e ( a ) ， s a mo fd e bc o ) a n