生物模拟膜界面纳米电化学研究

用电化学的理论、方法和技术进行生物模拟膜界面上的电荷转移机理研究对于了解生命体内的能量转换和物质代谢、探索生物膜在生命体内的生理作用及作用机制、开发新型的生物传感器等均具有重要的意义。本项目以我们自主合成的新型包络化合物Fc-羰基-β-CD和C60-羰基-β-CD等作为电化学探针，研究双层类脂膜界面上的异相电荷转移机理，利用SECM、STM、EIS及膜片钳技术等手段研究生物大分子（蛋白质和酶）在双层类脂膜界面的电子或离子转移规律，并应用于生物传感器的研究。建立通过实时荧光成像技术研究观察纳米材料在双层类脂膜界面上组装行为的新方法，研究生物膜界面的各项参数对纳米材料组装的影响规律，探索出一条在双层类脂膜界面上可控组装纳米材料的新方法。研究在受外界条件影响时纳米结构组装体性能的调制变化规律，设计并制造出纳米器件、传感器和其他装置应用于电分析化学中。

本项目通过研究生物大分子（蛋白质和酶）在双层类脂膜界面上的电化学行为和过程，揭示生物大分子的电子传递规律，并应用于生物传感器的研究。在固载了辣根过氧化物酶HRP的双层类脂膜表面引入具有生物相容性的聚多巴胺膜，制备了新型的H2O2传感器，具有较高的灵敏度、检测限低、响应迅速、其选择性好和稳定性高等优点；将二茂铁-环糊精包络化合物作为电子媒介体和葡萄糖氧化酶GOx通过化学键合固载在碳纳米管上制备了葡萄糖生物传感器，极大地提高了传感器的检测灵敏度。此外我们还探索了界面可控组装纳米材料的新方法，研究具有特定功能的纳米结构组装体的调制变化规律，设计并制造出纳米器件、传感器和其他装置应用于电分析化学中。通过π-π堆积作用制备并表征了钴-四苯基卟啉/石墨烯纳米复合材料(CoTPP/RGO)，CoTPP/RGO对H2O2的氧化和还原同时都表现出很高的电催化活性；合成具有仿生功能的石墨烯-聚多巴胺纳米材料，制备了GR-PDA/HRP修饰电极，应用于对苯二酚和邻苯二酚异构体的同时检测，具有很高的稳定性、重复性和选择性。