納米材料修飾電極上吸附態(tài)葡萄糖氧化酶的酶活性和電活性的比較

楊大威 陳 超 謝青季 姚守拙

(湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,化學(xué)生物學(xué)及中藥分析教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長沙410081)

1 引言

葡萄糖氧化酶(GOx)常被用作安培酶電極領(lǐng)域的模型酶加以研究,也直接服務(wù)于糖尿病人血糖檢測和監(jiān)測的巨大臨床需求.1-6GOx是一種同型二聚體蛋白質(zhì)分子,有兩個黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氧化態(tài)活性中心,可高選擇性地快速催化葡萄糖的氧化.在這個酶催化反應(yīng)中,酶的氧化態(tài)活性中心FAD被葡萄糖還原成其還原態(tài)FADH2.顯然,需要額外的氧化劑(媒介體)將FADH2重新氧化(翻轉(zhuǎn))為FAD,從而實(shí)現(xiàn)酶催化反應(yīng)的循環(huán)過程.根據(jù)所選用的媒介體氧化劑的不同,可將葡萄糖安培酶電極分為以下三代.

第一代GOx安培酶電極利用溶液中的溶解O2這一天然電子媒介體實(shí)現(xiàn)從還原態(tài)FADH2到氧化態(tài)FAD的“翻轉(zhuǎn)”:

通過安培檢測O2的還原,或者酶生H2O2的氧化或還原,可間接檢測葡萄糖.第二代葡萄糖安培酶電極使用二茂鐵衍生物、苯醌等作為人工媒介體代替第一代中的天然媒介體O2;而第三代葡萄糖安培酶電極是指酶與電極間直接發(fā)生電子轉(zhuǎn)移,即直接以電極為電子媒介體,實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)酶還原態(tài)到其氧化態(tài)的傳感類型.

GOx安培酶電極的研究一直很活躍,近年來采用各種納米材料(如納米金、7,8碳納米管、8-10石墨烯11)作為酶固定載體的研究已成為該領(lǐng)域的前沿課題之一.然而,納米材料上GOx的生物活性保持及其與直接電化學(xué)行為相關(guān)性的定量研究似乎依然不多,盡管相關(guān)研究對于第三代安培酶電極研究具有重要意義.3

石英晶體微天平(QCM)是基于壓電石英晶體的逆壓電效應(yīng)的聲波傳感器,是動態(tài)研究電極/溶液界面的重要表征手段,可監(jiān)測電極表面納克級的質(zhì)量變化,也對電極表面及其附近溶液的粘彈性變化等參數(shù)有靈敏響應(yīng).12-14同時進(jìn)行QCM和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置稱為電化學(xué)石英晶體微天平(EQCM),是實(shí)時監(jiān)測電化學(xué)過程的有力手段.15當(dāng)剛性薄膜在QCM的一個電極表面上均勻地沉積或溶出時(純粹的質(zhì)量效應(yīng)),可用如下Sauerbrey方程來描述QCM諧振頻率改變(Δf0)和電極表面質(zhì)量改變(Δm)間的關(guān)系:16,17

式中f0g為壓電石英晶體在氣相中的基頻;A為QCM電極的壓電活性面積;ρq=2.648 g·cm-3,為石英晶體密度;μq=2.947×1011g·cm-1·s-2,為晶體剪切模量.

對于液體粘密度效應(yīng),Kanazawa和Gordon17建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型:

式中ρL為液體密度;ηL為液體粘度;n為石英晶體的觸液面數(shù).

本文采用QCM技術(shù),監(jiān)測了GOx在裸金電極(Au)、電沉積納米金的電極(Aued/Au)、多壁碳納米管修飾的金電極(MWCNTs/Au)以及鍍金后的MWCNTs/Au電極(Aued/MWCNTs/Au)上GOx的吸附過程,并比較性地定量研究了各吸附態(tài)GOx(GOxi)的質(zhì)量比生物活性(MSBAi)和電活性百分?jǐn)?shù)(EAPi),旨在為納米材料固定酶及其安培酶電極的研究提供基礎(chǔ)物理化學(xué)數(shù)據(jù).

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器和試劑

所有電化學(xué)實(shí)驗(yàn)均在CHI660C電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)上進(jìn)行,采用三電極系統(tǒng),飽和甘汞電極(SCE)為參比電極(本文電位均相對于SCE),自制的鉛筆芯電極為對電極;AT切9-MHz壓電石英晶體表面金電極(北京晨晶電子有限公司)為工作電極(WE).晶體單面觸液,晶體直徑12.5 mm,電極直徑6 mm.掃描電子顯微鏡(SEM)圖片采自QUANTA FEG 250場發(fā)射掃描電子顯微鏡(美國FEI公司).QCM和EQCM實(shí)驗(yàn)采用計算機(jī)控制的HP4395A阻抗/網(wǎng)絡(luò)/頻譜分析儀.12,13

GOx(EC 1.1.3.4;黑曲霉來源,II型,活性約為150 kU·g-1,U為酶活性國際標(biāo)準(zhǔn)單位)購自Sigma公司并直接使用.葡萄糖(上?；瘜W(xué)試劑公司)配制成1.00 mol·L-1水溶液,在使用前至少放置24 h使達(dá)光學(xué)異構(gòu)體平衡.多壁碳納米管(MWCNTs,直徑20-40 nm,純度大于95%)購自深圳市納米港有限公司,氯金酸購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.文中所用緩沖溶液為pH 7.0的磷酸鹽緩沖液(PBS,30 mmol·L-1K2HPO4-KH2PO4+0.10 mol·L-1K2SO4).所有其它試劑均為分析純或優(yōu)級純,且使用前未進(jìn)一步處理.實(shí)驗(yàn)用水為Milli-Q超純水(Millipore,≥18 MΩ·cm).所有實(shí)驗(yàn)在室溫(約25 °C)進(jìn)行.

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.2.1 Au、Aued/Au、MWCNTs/Au和Aued/MWCNTs/Au電極的制備

Au電極制備:用704硅橡膠將一壓電石英晶片密封在聚氯乙烯(PVC)管的一端,使電極單面觸液.為去除電極表面可能的雜質(zhì),在電極表面滴加濃硝酸后靜置約10 s,然后用超純水洗凈,并用氮?dú)獯蹈?如此重復(fù)三次.而后將電極置于0.20 mol·L-1HClO4中進(jìn)行多圈的循環(huán)伏安(CV)實(shí)驗(yàn),直至得到可重現(xiàn)的循環(huán)伏安圖.這里,因?yàn)殚L時間的H2SO4處理對封制電極的704硅橡膠有一定的腐蝕作用,故選擇HClO4.圖1為新QCM電極第一次電化學(xué)處理時的CV曲線及頻率響應(yīng).在第一圈中當(dāng)電位從0 V往正掃描時,明顯觀察到在金氧化電位區(qū)間(1.0-1.5 V)內(nèi),出現(xiàn)較大的氧化電流和頻率上升,表明廠家噴鍍的電極表面有一些附著不牢固的金顆粒易于陽極溶出.本實(shí)驗(yàn)室10多年來一直能重復(fù)觀察到這種QCM新鮮金電極的陽極溶出現(xiàn)象,本文為首次報道此現(xiàn)象.電位陰極回掃時,約0.8 V處有金氧化物還原的陰極峰,隨后在0.6 V處有另一個較小的陰極峰,這是由于溶出的Au(III)在電極表面被還原.第二圈時電極表面不牢固的金原子的溶出電流明顯降低,溶出的Au(III)在電極表面被還原的陰極電流也減少.約經(jīng)過3圈CV掃描后,這些附著不牢固的表面金原子溶出殆盡,從而可觀察到重現(xiàn)的CV曲線和QCM響應(yīng).13然后,將電極置于2.0 mmol·L-1K4Fe(CN)6+0.10 mol·L-1Na2SO4水溶液中進(jìn)行電位環(huán)掃,氧化還原峰峰電位寬一般在85 mV以內(nèi)(圖2a),表明Au電極已處理干凈.

Aued/Au電極制備:將處理好的Au電極置于含1.00 mmol·L-1氯金酸的0.10 mol·L-1H2SO4水溶液中,采用多電位階躍法在初始電位0.8 V下運(yùn)行2 s,階躍至-0.3 V運(yùn)行200 s進(jìn)行電沉積.測量電沉積前后石英晶體的干頻,根據(jù)頻率差計算出電沉積Au的總質(zhì)量(見表1).經(jīng)掃描電鏡表征(圖3)表明所沉積的金為納米顆粒(NP),分散較好.電沉積納米金前后分別將電極置于2.0 mmol·L-1K4Fe(CN)6+0.10 mol·L-1Na2SO4水溶液中,在-0.1-0.5 V(vsSCE)電位區(qū)間環(huán)掃,鍍金前后電極的電活性基本不變(圖2a).

MWCNTs/Au電極制備:將1.00 mg MWCNTs超聲分散于1.00 mL水中,得到均勻的黑色懸濁液,準(zhǔn)確移取10.0 μL MWCNTs懸濁液滴干到Au電極表面,實(shí)時監(jiān)測電極干燥過程的頻率變化,室溫下靜置待水分揮發(fā)后充分水洗,MWCNTs可牢固附著在Au表面形成MWCNTs/Au.測量該電極滴加MWCNTs前后的干頻和在2.0 mmol·L-1K4Fe(CN)6+0.10 mol·L-1Na2SO4水溶液中的循環(huán)伏安圖(圖2a),根據(jù)頻率差計算附著的MWCNTs的質(zhì)量(見表1).

圖1 QCM新電極在0.20 mol·L-1HClO4溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安處理的電流(i)(a)和頻率(Δf0)(b)響應(yīng)Fig.1 Current(i)(a)and frequency(Δf0)(b)responses during cyclic voltammetric treatment of a new QCM electrode in 0.20 mol·L-1HClO4aqueous solution

圖2 四種電極(a)及它們的酶電極(b)在2.0 mmol·L-1K4Fe(CN)6+0.10 mol·L-1Na2SO4水溶液中的循環(huán)伏安圖Fig.2 Cyclic voltammograms of four electrodes(a)and enzyme electrodes(b)in 2.0 mmol·L-1K4Fe(CN)6+0.10 mol·L-1 Na2SO4aqueous solution

表1 幾種酶吸附電極的MSBAi,ERA和EAPi＊Table 1 MSBAi,ERA,and EAPifor several GOx-adsorbed electrodes

Aued/MWCNTs/Au電極制備:MWCNTs/Au電極電沉積金的實(shí)驗(yàn)操作同前.經(jīng)掃描電鏡表征(圖3),所鍍金亦為納米顆粒.測量壓電石英晶體電極的干頻,根據(jù)頻率差分別計算滴干的MWCNTs、電沉積Au的質(zhì)量和總質(zhì)量變化(見表1).在2.0 mmol·L-1K4Fe(CN)6+0.10 mol·L-1Na2SO4水溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)(圖2a).

用 SEM 表征了 Au、Aued/Au、MWCNTs/Au和Aued/MWCNTs/Au電極表面的形貌,如圖3所示.Au電極表面相對光滑,而Aued/Au電極表面有白色的金納米顆粒,平均尺寸約45 nm.MWCNTs/Au電極表面存在外壁光滑的MWCNTs;而Aued/MWCNTs/Au表面則可觀察到MWCNTs上附有許多平均尺寸約30 nm的金納米顆粒.

2.2.2 GOx的吸附

將Au、Aued/Au、MWCNTs/Au和Aued/MWCNTs/Au電極置于2.0 mL PBS(pH 7.0)溶液中,攪拌溶液待諧振頻率穩(wěn)定后,加入PBS配制的3.0 mg·mL-1GOx溶液1 mL使最終GOx濃度為1.0 mg·mL-1,繼續(xù)實(shí)時記錄QCM頻率響應(yīng)參數(shù).待頻率相對穩(wěn)定,取出電極,充分水洗并在空氣中風(fēng)干,測量吸附前后QCM的干頻之差,即別為吸附前后QCM的干頻.據(jù)干頻之差代入公式(3)計算吸附的GOx質(zhì)量Δm.將酶電極置于2.0 mmol·L-1K4Fe(CN)6+0.10 mol·L-1Na2SO4水溶液中于-0.1-0.5 V間進(jìn)行電位環(huán)掃(圖2b).

由圖2a可見，氧化還原峰的峰-峰電位寬滿足Aued/MWCNTs/Au＞MWCNTs/Au≥Aued/Au≥Au 的 順序,峰 電 流 滿 足 Aued/MWCNTs/Au＞Au≥Aued/Au＞MWCNTs/Au的順序,兩者的變化幅度都不大.峰電位變化幅度不大主要說明各納米材料的導(dǎo)電性均很好;而峰電流變化幅度不大,是因?yàn)檫@里用到的電化學(xué)探針為可逆的電對,電對在電極表面的吸附效應(yīng)也很小,其CV實(shí)驗(yàn)中得到的電解電流應(yīng)該是擴(kuò)散電流占絕對優(yōu)勢,故CV峰電流(應(yīng)扣除背景電流)主要跟電極的幾何面積成正比關(guān)系,而與這里有限的納米材料修飾所帶來的電極真實(shí)面積增大并無明顯相關(guān)性.電容電流與電極的真實(shí)表面積成正比,而較明顯的電容電流增大出現(xiàn)在Aued/MWCNTs/Au電極上,這表明先修飾MWCNTs再電沉積納米Aued可相對更明顯地增大電極的真實(shí)面積.由圖2b可見,氧化還原峰的峰-峰電位寬滿足GOx/MWCNTs/Au＞GOx/Aued/MWCNTs/Au＞GOx/Aued/Au＞GOx/Au的順序,而峰電流滿足 GOx/Au＞GOx/Aued/MWCNTs/Au＞GOx/Aued/Au＞GOx/MWCNTs/Au的順序,這里的變化幅度明顯大于無酶修飾的電極,且各電極經(jīng)不導(dǎo)電的酶分子修飾后,峰電流都下降、峰峰電位寬都增加.以上結(jié)果表明各修飾步驟已完成.

圖3 Au(a),Aued/Au(b),MWCNTs/Au(c)和Aued/MWCNTs/Au(d)電極表面的SEM圖Fig.3 SEM images ofAu(a),Aued/Au(b),MWCNTs/Au(c),andAued/MWCNTs/Au(d)electrode surfaces

2.2.3 吸附態(tài)GOx用于催化氧化葡萄糖及其MSBAi和 EAPi的測量

將吸附GOx的電極置于10.0 mL PBS(pH 7.0)溶液中,攪拌,酶電極的安培檢測以恒電位下底物加入前后穩(wěn)態(tài)電流的變化作為響應(yīng)電流.待電流達(dá)穩(wěn)態(tài)后,加入不同濃度的葡萄糖(MSBAi測試采用20.0 mmol·L-1葡萄糖),在優(yōu)化電位0.7 V下檢測酶生H2O2的氧化電流.

將吸附GOx的電極置于10.0 mL PBS(除氧,pH 7.0)溶液中,在-0.7--0.2 V區(qū)間內(nèi)進(jìn)行電位環(huán)掃,得到各酶電極的直接電化學(xué)CV曲線圖.由CV圖的陽極峰電量和吸附酶的總質(zhì)量,根據(jù)法拉第定律求算具有電活性的酶質(zhì)量和吸附酶的電活性百分?jǐn)?shù).

3 結(jié)果與討論

3.1 GOx的吸附動力學(xué)研究

描述蛋白質(zhì)吸附動力學(xué)過程最簡單的方法是考慮在電極/溶液界面發(fā)生的如下串聯(lián)過程:18,其中第一個過程為直接吸附(速率常數(shù)和時間常數(shù)分別為k1和τ1);第二個過程為吸附層中分子結(jié)構(gòu)重組或后續(xù)第二層吸附(速率常數(shù)和時間常數(shù)分別為k2和τ2),故蛋白質(zhì)在電極表面吸附的頻率響應(yīng)(Δf0)可用2個指數(shù)函數(shù)之和來表示,19即

把 a0、a1、a2、τ1和τ2當(dāng)作待估參數(shù),采用作圖軟件 SigmaPlot?Scientific Graphing Software Version 10.0的非線性最小二乘擬合算法,擬合Δf0響應(yīng).為表征非線性擬合的質(zhì)量,定義相對殘差平方和qr如下:19

式中Δf0fit和Δf0exp分別代表擬合值和實(shí)驗(yàn)值,N代表響應(yīng)信號的點(diǎn)數(shù).

我們研究了GOx在Au、MWCNTs/Au、Aued/Au和Aued/MWCNTs/Au電極上的吸附情況,如圖4所示.擬合結(jié)果(實(shí)線)與實(shí)驗(yàn)的頻率響應(yīng)(圓圈)非常一致,所得擬合參數(shù)列于表2.GOx吸附過程的動態(tài)電阻響應(yīng)均不大,即使在MWCNTs上吸附后的-Δf0/ΔR1亦達(dá)123 Hz·Ω-1,明顯大于純粘密度效應(yīng)的理論值(-Δf0/ΔR1=10 Hz·Ω-1),12表明頻率響應(yīng)主要為質(zhì)量效應(yīng).

表2 按式(5)擬合圖4實(shí)驗(yàn)中Δf0響應(yīng)所得參數(shù)Table 2 Parameters obtained by fitting the experimental Δf0responses given in Fig.4 to Eq.(5)

a0為當(dāng)吸附時間趨于∞時的頻移(對應(yīng)于吸附量),GOx在MWCNTs/Au電極上吸附量最大,Aued/MWCNTs/Au和Aued/Au電極上次之,Au電極上最少.電極表面積、憎水性和荷電性質(zhì)等因素可影響GOx在電極表面的吸附.因MWCNTs修飾和電沉積金均增大了電極表面積,而MWCNTs與GOx之間有疏水作用,有利于蛋白質(zhì)吸附,18故不難解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

3.2 吸附態(tài)GOx的MSBAi和EAPi的比較考察

3.2.1 吸附態(tài)GOx的MSBAi

MSBAi定義為每克固定酶的酶活性,即在60.0 s內(nèi)產(chǎn)生1.00 μmol H2O2對應(yīng)的酶活性,由H2O2氧化電量評估.采用EQCM技術(shù),微量固定酶的MSBAi,游離酶活性(MSBAn)和相對比活性(ERA)可如下計算:18

式中nH2O2為葡萄糖濃度足夠大的飽和狀態(tài)下、60.0 s酶反應(yīng)生成的H2O2量,單位為μmol,ΔmGOx為吸附GOx的質(zhì)量,單位為g,z為H2O2氧化過程中電子轉(zhuǎn)移數(shù)(此處z=2),F為法拉第常數(shù)(96485.33 C·mol-1).ΔmGOx可據(jù)式(3)和干頻移計算.

圖4 四種電極表面對GOx吸附的Δf0響應(yīng)Fig.4 Time courses of simultaneous Δf0responses to the GOx adsorption on four electrode surfaces

溶液中游離酶的比活性(MSBAn)求算如下.配制一系列不同濃度的H2O2溶液,在溶液攪拌條件下監(jiān)測在0.7 V條件下Au電極上H2O2的氧化電流,繪制出工作曲線,求得線性回歸方程為iH2O2=acH2O2+b;在10.0 mL PBS(pH 7.0)溶液中加入能使酶反應(yīng)飽和的葡萄糖溶液,待電流穩(wěn)定后加入10.0 mg GOx,在攪拌的條件下記錄60.0 s時的電流響應(yīng)為iH2O2(e).MSBAn可計算如下:

本文測得a=0.109,b=0.182,Vs=10.0 mL,iH2O2=4.3 mA,ΔmGOx=10.0 mg,由此可估算出MSBAn為37.7 kU·g-1.

GOx的酶相對比活性(ERA)定義如下:

圖5 四種酶電極在PBS中對葡萄糖濃度的安培響應(yīng)工作曲線Fig.5 Current responses of four enzyme electrodes as functions of glucose concentration in PBS

本文還考察了四種酶電極對葡萄糖響應(yīng)的工作曲線(圖5),并求得它們的靈敏度(S),檢測下限(LOD,S/N=3)和線性檢測范圍(LDR).S滿足GOx/MWCNTs/Au(2.94 mA ·mmol-1·L)＞GOx/Aued/MWCNTs/Au(1.94 mA·mmol-1·L)＞GOx/Aued/Au(1.75 mA·mmol-1·L)＞GOx/Au(0.83 mA·mmol-1·L)的順序;它們的LOD分別為GOx/Au:25 μmol·L-1,GOx/Aued/Au:13 μmol· L-1,GOx/MWCNTs/Au:14 μmol· L-1,GOx/Aued/MWCNTs/Au:9.8 μmol· L-1;LDR分別為GOx/Au:0.02-4.3 mmol·L-1,GOx/Aued/Au:0.02-3.1 mmol·L-1,GOx/MWCNTs/Au:0.02-2 mmol· L-1,GOx/Aued/MWCNTs/Au:0.02-2 mmol·L-1.吸附酶MSBAi受酶負(fù)載量、總酶活性(TEA,TEA=MSBAi×ΔmGOx)和電極表面?zhèn)髻|(zhì)影響.20本文為電極表面單層級吸附酶,電極表面?zhèn)髻|(zhì)好,故傳質(zhì)不會顯著影響酶反應(yīng)的進(jìn)行.因此,本文中預(yù)期實(shí)驗(yàn)中的靈敏度應(yīng)與吸附酶的總酶活性有正相關(guān)關(guān)系.根據(jù)表1算得總酶活性滿足如下順序:GOx/MWCNTs/Au(TEA=1.68 kU)＞GOx/Aued/MWCNTs/Au(TEA=1.36 kU)＞GOx/Aued/Au(TEA=1.2 kU)＞GOx/Au(TEA=0.588 kU),該順序與各酶電極的安培響應(yīng)靈敏度的順序一致,從而驗(yàn)證了預(yù)期的規(guī)律.

3.2.2 吸附態(tài)GOx的EAPi

吸附態(tài)酶的電活性百分?jǐn)?shù)(EAPi)定義為具有電活性的酶質(zhì)量(Δme,GOx)占吸附酶總質(zhì)量(Δmt,GOx)的百分比,通過QCM監(jiān)測酶飽和吸附的質(zhì)量和CV法研究酶電極在PBS(除氧,pH 7.0)溶液中的直接電化學(xué)(圖6),EAPi可如下計算:

EPAi=Δme,GOx/Δmt,GOx=(QGOxMGOx)/(zFΔmGOx)(10)式中QGOx為酶電極循環(huán)伏安圖的陽極峰電量(μC),MGOx為酶的分子量(154000 g·mol-1),z為GOx氧化還原過程中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)(此處z=4).結(jié)果列于表1.

圖6 四種酶電極在PBS溶液(除氧)中的循環(huán)伏安圖Fig.6 Cyclic voltammograms of four enzyme electrodes in PBS(deoxygenated)

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論如下:(1)金電極上修飾1.48 μg MWCNTs后,酶吸附質(zhì)量由裸金電極上的0.124 μg 增加到了 0.608 μg,但 MSBAi由裸金電極的4.70 kU·g-1降低到2.76 kU·g-1,其ERA也從12.5%降到7.30%,但安培響應(yīng)電流增大(圖5(c)),因總酶活性增加的緣故;同時其EAPi和裸金電極相比有所增大(圖6).這說明MWCNTs與GOx發(fā)生了某種作用(比如疏水作用),使吸附酶比活性降低,而其電活性的增大說明GOx在MWCNTs表面吸附后,可能發(fā)生一定的構(gòu)象變化,使得深埋于酶分子內(nèi)的電活性位點(diǎn)暴露出來;(2)QCM金電極上電沉積2.26μg金后,酶吸附量由裸金電極上的0.124 mg增加到了0.288 mg,吸附酶的MSBAi(4.20 kU·g-1)與裸金電極(4.70 kU·g-1)相比有所下降,其ERA也如此;同時其電活性百分?jǐn)?shù)也稍有下降.這說明吸附在微/納金顆粒上的GOx的酶比活性和酶構(gòu)象變化較小,故電活性也變化不大;(3)金電極上修飾1.43 mg MWCNTs后再鍍金2.15 mg后,酶吸附量和裸金電極相比有所增大,吸附酶的MSBAi增大到4.26 kU·g-1,也和Aued/Au電極基本一致;同時因MWCNTs的存在,吸附酶的電活性也變得較為明顯.

4 結(jié)論

采用QCM技術(shù)監(jiān)測了GOx在Au、Aued/Au、MWCNTs/Au和Aued/MWCNTs/Au電極上的吸附過程;測算了吸附酶的比活性和電活性.結(jié)果表明,GOx在各電極表面上均可快速吸附,且吸附態(tài)GOx均有一定的酶活性.四種酶電極上吸附酶的質(zhì)量和安培響應(yīng)滿足GOx/MWCNTs/Au＞GOx/Aued/MWCNTs/Au＞GOx/Aued/Au＞GOx/Au的順序;MSBAi滿足GOx/Au＞GOx/Aued/MWCNTs/Au≥GOx/Aued/Au＞＞GOx/MWCNTs/Au的順序;而 EAPi滿足 GOx/MWCNTs/Au＞GOx/Aued/MWCNTs/Au＞＞GOx/Au≥GOx/Aued/Au.根據(jù)酶和納米材料的親疏水作用以及酶的吸附量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了合理解釋,也定量驗(yàn)證了電極上吸附酶分子的總生物活性與酶電極的安培響應(yīng)呈正相關(guān)關(guān)系.以上結(jié)果表明,多壁碳納米管在構(gòu)建高性能葡萄糖生物傳感器中能大大增加酶吸附量和電化學(xué)活性,但其具有不利于酶生物活性的特性,值得研究者特別注意.而鍍金處理的電極能在一定程度上增大酶負(fù)載量,且對酶活性和電化學(xué)活性影響不大.我們認(rèn)為,金和碳納米材料的組合是比較好的酶固定納米材料,本文工作將有助于納米材料固定酶及其安培酶電極的研究.

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