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哈尔滨工程大学郑卫等Process Biochem.:蛋白质吸附对电极表面电纺核壳多壁碳纳米管/明胶-血红蛋白纳米带生物电化学性质的影响
2020/6/5 10:17:59 易丝帮

DOI:10.1016/j.procbio.2020.05.031

植入式电化学生物传感器是一种精确、可靠测量体内小分子的强大工具。然而,电极植入到活体动物中时不可避免地会受到蛋白质的吸附,从而影响了生物传感器的灵敏度和稳定性。在此,采用一步静电纺丝技术,研究者设计了在玻碳电极(GC)上构建的多壁碳纳米管/明胶-血红蛋白(MWCNTs/Gelatin-Hb)核壳纳米带,并研究了蛋白质吸附对电极表面性能的影响。水接触角和扫描电子显微镜(SEM)结果表明,电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb纳米带具有亲水性和一定的抗蛋白质吸附特性。电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb纳米带吸附蛋白质后,仍可实现电纺核壳纳米带中Hb分子与电极之间的直接电子转移以及过氧化氢(H2O2)的催化作用。此外,与蛋白质吸附前(0.0155 mmol/L)相比,蛋白质吸附后的电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb纳米带对H2O2仍具有较高的生物亲和力(0.0382 mmol/L)。利用电纺核壳多壁碳纳米管/明胶-血红蛋白纳米带构建的H2O2生物传感器显示出较高的灵敏度、良好的重现性和蛋白质吸附后的稳定性。该研究为可植入电化学生物传感器的开发提供了新颖的设计观念和有效的平台。

 

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图1.同轴静电纺丝装置的示意图,用于制备由Hb作为外壳和MWCNTs/明胶复合材料作为内核的核-壳纳米带。


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图2.BSA吸附后0(a)和120分钟(b)的电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb纳米带的SEM图像。插图a:电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb纳米带的TEM图像。BSA吸附后(c)0和(d)120分钟,电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb纳米带的接触角。数据显示为平均值±SD(n=3)


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图3.BSA吸附后(b)0和(c)120分钟,Hb(a)和电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb纳米带的紫外-可见吸收光谱。


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图4.电纺MWCNTs/明胶/GC电极(a)和电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb/GC电极在N2饱和PBS(0.1 mol/L,pH 7.0)中BSA吸附后(b)0和(c)120分钟的CV。(d)加入H2O2的N2饱和PBS(0.1 mol/L,pH 7.0)中的电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb/GC电极的电催化CV。扫描速率:100 mV/s。插图:在各种扫描速率(包括100、200、300、400、500、600、700、800和900 mV/s,从内到外)下,吸附BSA的电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb/GC电极120分钟内的CV。


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图5.Hb电催化还原H2O2的机理。


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图6.BSA在搅拌溶液中吸附后(黑色曲线)0和(红色曲线)120分钟,电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb/GC电极对PBS(0.1 mol/L,pH 7.0)中连续添加H2O2(每次添加5μmol/L)的电流响应。施加电势:-0.41 V(vs.SCE)。插图显示了催化峰值电流与H2O2浓度的校准曲线(a)和相应的Lineweaver-Burk图(b)。


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图7.在N2饱和PBS(pH7.0)中(A)添加5μmol/L H2O2、(B)连续添加0.02 mmol/L DA、0.2 mmol/L AA、0.2 mmol/L GLU、0.02 mmol/L 5-HT和H2O2的情况下,120分钟期间BSA吸附的电纺核壳MWCNTs/明胶-Hb/GC电极的电流响应。施加电势:-0.41 V(vs.SCE)


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