申请汇报-化学与材料教学示范中心.ppt

,实验三十碳纳米管组装血红蛋白的直接电化学和对过氧化氢的电催化研究,1、血红蛋白（Hemoglobin,Hb）,由两条和两条多肽链构成的四聚体,一、研究背景,分子结构庞大，电活性中心不易暴露,在电极表面的吸附造成蛋白构象变化和丧失活性以及电极表面的钝化,在一般固体电极的电子传递速率很低，电子传递受阻,电子传递媒介体、促进剂、特殊电极材料,加速Hb的电子传递,3、血红蛋白结构类似于辣根过氧化物酶，有很高的类似过氧化物酶的催化活性。,2、血红蛋白直接电子转移的意义：获得有关蛋白质或酶的热力学和动力学性质等重要信息。Hb结构已知、价廉，被选作探讨生物大分子电化学行为的理想模型，用于开发新型生物传感器和生物反应器。了解其在生命体内的电子转移机理和生理作用机制。,二、实验目的1了解模拟生物膜Hb-MWNT-Nafion的制备方法2.实现血红蛋白(Hb)直接电子传递2学习Hb-MWNT-Nafion膜修饰玻碳电极对过氧化氢的电催化行为和催化机理4掌握测定血红蛋白催化过氧化氢的米氏常数的测定方法,将Hb直接吸附固定在经羧基化处理的多壁碳纳米管（MWNT）和聚四氟乙烯（Nafion）薄膜中,Hb在一般固体电极的电子传递速率很低，电子传递受阻,三、实验原理,实现Hb的直接电子转移,1、Hb的直接电子转移,2、血红蛋白对H2O2的催化2Fe2+（ferro）+H2O22Fe3+（ferro）+2OH-Fe3+（ferro）+eFe2+（ferro）ferro-卟啉,3、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/i1/S作图，利用斜率和截距可以计算出米氏常数,1、玻碳电极的预处理和循环伏安表征,预处理：玻碳电极用0.05m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：1.0mMK3Fe(CN)60.1MKCl混合液（通氮除氧15min以上）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,扫描速率：100mV/s电位范围：+0.60.20V方法：线性扫描法扫描方式：循环灵敏度：3要求：峰峰距Ep,80mV,四、实验步骤,2、纳米组装血红蛋白修饰电极的制备,0.5mg羧基化的MWNT、4mgHb中加入500L水以溶解Hb，100L0.5%Nafion溶液，再加入500L无水乙醇，超声1h。（由老师完成）,10L分散液滴涂于电极表面，晾干，得Hb-MWNT-GCE。,不加MWNT以相似方法制得Hb-GCE。Hb-GCE为对照电极（对照电极每大组每种各1支）,3、可溶性（即羧基化的）多壁碳纳米管的制备及表征,20mgMWNT30mL30%HNO3,10002000rpm离心3min去离子水洗涤到pH值56110烘箱干燥1h。（由老师完成）,红外灯下恒重红外表征，与未处理的MWNT对照。,在电解池中放入25.00mL（或10.00mL）0.1MpH=7.0的磷酸缓冲溶液，通氮除氧15min以上。分别以Hb-MWNT-GCE、Hb-GCE为工作电极，记录循环伏安曲线。观察底液中是否有氧化还原峰参数：扫描速率：100mV/s电位范围：从+1.01.5V方法：线性扫描法扫描方式：循环灵敏度：3,4、血红蛋白的直接电化学,加入25L1mol/LH2O2溶液,使电解池中H2O2的浓度为1.0mmol/L。分别以Hb-MWNT-GCE、Hb-GCE为工作电极，记录循环伏安曲线。观察氧化峰和还原峰哪个更大。参数：（扫描速率：100mV/s电位范围：从+1.01.5V方法：线性扫描法扫描方式：循环灵敏度：3）分别以Hb-MWNT-GCE、Hb-GCE为工作电极，记录阴极线性扫描伏安曲线。测出阴极峰电流ipc，比较3条曲线ipc的大小。参数：（扫描速率：100mV/s电位范围：从+1.01.5V方法：线性扫描法扫描方式：单向灵敏度：3）,5、过氧化氢的催化,6、米氏常数的测定,在电解池中加入25.00mL0.1MpH=7.0的磷酸缓冲溶液，通氮除氧15min以上。以Hb-MWNT-GCE为工作电极，依次加入25L1mol/LH2O2溶液，使电解池中H2O2的浓度分别为0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0mmol/L，每加一次分别记录阴极线性扫描伏安曲线，测出阴极峰电流ipc。参数：扫描速率：100mV/s电位范围：从+1.01.5V方法：线性扫描法扫描方式：单向灵敏度：3,1、比较分别以Hb-MWNT-GCE、Hb-GCE为工作电极时，阴极线性扫描伏安曲线ipc的大小。2、以1/ipc对1/H2O2作图，求出米氏常数。,五、数据处理,1、玻碳电极表面要处理干净，否则会阻碍修饰膜的电子传递。,2、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。,六、注意事项,1、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,3、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,2、血红蛋白修饰电极上的直接电化学行为讨论,4、探讨血红素蛋白质对过氧化氢的催化机理,七、结果与讨论,1、纳米材料在电极表面修饰层内作用和原因是什么,2、试说明米氏常数Km的生物学意义,八、思考题,2吴益华.血红蛋白固定在Ti0.865O2纳米片层间的直接电化学和电催化J.上海第二工业大学学报.2010,27(1):1-6.,3张敏，程发良，蔡志泉，姚海军.血红蛋白在纳米金修饰电极上的电化学研究J.化学研究与应用，2008,20(7):872-875.,4冶保献,周性尧.血红蛋白在裸银电极上的直接电化学及其分析应用J.高等学校化学学报,1996,(1),九、参考文献,1李燕，高艳芳，刘俞辰，周宇，刘进荣.血红蛋白在