金纳米团簇修饰碳纳米管
近年来, 金(Au)纳米材料因其稳定的物理化学性质, 高催化活性和小尺寸、高比表面积被广泛研究并应用于电化学分析和电化学传感. 在生物领域尤其具有特殊的应用价值, 是固定蛋白质的优良材料: 其较高的比表面积可以牢固的吸附蛋白质, 其良好的生物相容性使蛋白质能够保持天然结构与电化学活性, 其优良的导电性可直达导电活性中心, 有利于实现蛋白质与电极间的电子传输, 从而对蛋白质的直接电化学进行研究. 因此, Au纳米粒子广泛应用于生物传感器电极, 对各类生物分子可进行高灵敏度测定. 三维(3D)结构的Au纳米材料更是因其优异的催化活性而在氧化还原蛋白质固载及新型生物传感器的构筑方面受到广泛关注. 不同方法制备的各类 3D Au 纳米材料修饰电极被积极全面的进行了报道, 然而目前还没有文献报道用全电化学方法在多壁碳纳米管(MWCNTs)上沉积3D 结构的Au 纳米粒子, 进行蛋白质的直接电化学研究.
碳纳米管(CNTs)具有很多优越性质, 如高比表面积、高电导性、高化学稳定性和机械强度, 可以用来制作催化剂, 纳米级电子器件等等. 研究表明, 以CNTs 作基底的Au纳米粒子用于研究蛋白质和无机小分子的电化学响应, 在促进电子转移和改进电化学反应可逆性方面, 比一般碳材料作基底的Au纳米粒子具有更加出众的性能,为生物分子的直接电化学研究和第三代生物传感器开发开辟了新的方向.
中国海洋大学环境科学与工程学院赵越等人用改进的全电化学三步法制备三维金纳米团簇/多壁碳纳米管(3DAu/MWCNTs)纳米复合材料, 并用Nafion (Nafion)膜进行涂布固定, 制得3D Au/MWCNTs-Nafion修饰电极. 利用透射电子显微镜(TEM)和能量色散光谱(EDS)对所得纳米复合材料的形貌进行表征. 3D Au/MWCNTs具有金纳米核团簇而成的特殊圆丘状三维结构, 电化学活性表面积(ECSA)比均匀分散的Au/MWCNTs提高了一个数量级, 可有效提高血红蛋白(Hb)在电极表面的负载量. 运用循环伏安法和计时电流法对3D Au/MWCNTs-Nafion修饰电极的生物电催化性质进行研究, 其在Hb溶液中显示了良好的电催化活性和稳定性: 还原氧化峰电流高, 反应可逆性好, 提供了有利于Hb直接电子转移的电化学环境. 固载于Au/MWCNTs-Nafion上的Hb能够保持其生物活性, 对双氧水(H2O2)表现出良好的催化性能, 这是3D Au纳米团簇和MWCNTs共同作用的结果. 实验表明, 3D Au/MWCNTs-Nafion修饰电极结构特殊、性能优越, 对Hb的直接电化学研究具有积极的促进作用, 为准确高效的检测Hb及相关生物活性物质提供了新的电极选择.