模拟生物膜的电化学研究

本文简要评述了生物膜领域的发展过程及研究现状，介绍了关于生物膜的一些基本性质和理论。采用电化学、光谱学以及扫描探针显微镜等方法对支撑双层磷脂膜、磷脂浇铸膜和泡囊等不同的模拟生物膜体系进行了研究。主要结果如下：1．将磷脂与芦丁的混合物滴于玻碳电极表面制备出了嵌有芦丁的磷脂浇铸膜，并以此膜为模拟生物膜的模型研究芦丁在磷脂膜内的电化学行为，以及芦丁对还原型辅酶烟酞胺腺漂吟二核昔酸（NADH）的催化氧化。芦丁与磷脂膜牢固地结合，在pH 7.4的磷酸缓冲溶液中，嵌在磷脂膜内的芦丁显示了准可逆电化学行为，也显示出很好催化氧化NADH的能力，使氧化电流明显增大。同时，与5*10~(-3)mol／L的NADH在裸玻碳电极上的电化学行为相比，其氧化过电位降低了约220 mV。2．在玻碳电极表面制备了嵌有芦丁的磷脂浇铸膜，嵌在磷脂膜内的芦丁显示了准可逆电化学行为。利用这种浇铸膜作为模拟生物膜的模型研究了芦丁对抗坏血酸的催化氧化，磷脂膜一方面与芦丁牢固结合，另一方面为芦丁催化抗坏血酸的氧化提供了理想的生物环境，在pH 7.4的磷酸缓冲溶液中，芦丁能有效地催化氧化抗坏血酸，使抗坏血酸的氧化过电位与裸玻碳电极上的电化学行为相比降低了约100 mV。该修饰磷脂膜和芦丁的玻碳电极对抗坏血酸的测定线性范围为2*10~(-4) mol／L-1.4*10~(-3) mol／L。3．将含有四硫富瓦烯（TTF）和黄嘿吟氧化酶的二甲基二（十二烷基）澳化钱（D DAB）泡囊滴于热解石墨电极表面，制备出一种基于磷脂浇铸膜的黄嘿吟生物传感器。TTF由于其可以有效地转移电子而被选作为电子媒介体，用安培检测的方法研究了工作电位、pH值对黄嘿吟传感器的影响。该传感器的响应时间小于10秒，其检测黄嘿吟线性范围从4*10~(-7)mol／L到2.4*l0~(-6)mol／L，最低检测限为3.2*10~(-7) mol/L。4；将辣根过氧化物酶（HRP）固定在修饰于玻碳电极表面的DDAB浇铸膜内，获得了IIR卫的直接电化学，并以此开发出一种不需媒介体的还02传感器，该传感器对H_2O_2的响应时间约5s，其检测姚。2线性范围从l*10~(-3) mol／L到4*10~(-3)mol／L，同时该传感器也显示出良好的重现性及稳定性。5，利用循环伏安的方法研究了HRP分子在双肉豆范磷脂酰胆碱（DMPC）磷脂膜内的电化学行为，并获得了一对氧化还原峰，说明了DMPC磷脂膜促进了HRP分子的电子传递，同时HRP分子仍保持对H_2O_2的催化生物活J险。UV一vis和CD的检测结果说明HRP分子在与磷脂膜相互作用后，其二级结构没有改变，而三级结构变得松散，这种三级结构的松散可能是使HRP分子的活性基团有所暴露，使得电子传递更容易。AFM实验同样也显示了HRP分子与DMPC磷脂膜间的强烈作用。

模拟生物膜的电化学研究

本文简要介绍了生物膜的组成、结构和一些基本性质，详细描述了各种生物膜模型（支撑磷脂双层膜、非支撑磷脂双层膜、泡囊等等）的制备方法。概要地总结了模拟生物膜的各个领域的研究情况，着重评述了模拟生物膜在电化学、生物传感器、膜片钳、图案化领域的研究进展。采用电化学、各种谱学以及扫描探针显微镜等方法对支撑双层磷脂膜、磷脂浇铸膜等不同的模拟生物膜体系进行了研究。主要结果如下：1．将一种支撑磷脂膜一杂化双层膜（Hbrid bilayerer membrane，HBM）首次用于钙离子与磷脂作用的研究，以Fe（CN）63-为探针，发现钙离子可诱导HBM产生离子通道，且通道的打开与关闭能反复运转，并用STM观察这一现象。2.Ru（bPy）32+的电化学发光法和电催化法被首先用于研究支持脂质双层膜（sBLM）的离子通道行为。高氯酸根可以诱导DODAB（dimethyldioctadecylammonium）产生离子通道行为。离子通道的产生存在着一个闺值，当高氯酸根阴离子的浓度超过0.1μM时离子通道打开，当浓度低于0.1μM时离子通道关闭。当高氯酸根离子浓度高于0.1μM时，被打开的离子通道的数量随着高氯酸根阴离子浓度的增加而增加，在1200μM时达到平衡。离子通道的打开和关闭行为是可逆的。在此基础上，研制了一种用于检测高氯酸根离子的传感器。3，用循环伏安法和交流阻抗法研究了稀土离子与支撑磷脂双层膜的相互作用．稀土离子可以影响支撑磷脂双层膜的结构，使之产生一些小孔，通过这些小孔Fe（CN）63/4可以到达电极表面，显示其电化学行为。Fe（CN）63／4-的氧化还原电流随着稀土离子的浓度的增加而变大，对于E矿＋当浓度达到1．2卿时，电流不再增加。发现三种稀土离子与膜作用的能力如下：Eu3+＞Th3＋＞La3＋。4．铁氰酸根离子通常被用来作离子通道传感器的标记物。在本项工作中，我们首次发现铁氰酸根离子本身也可以作为一种刺激物来控制玻碳电极上DDAB（一种合成磷脂）制备出的支撑双层磷脂膜的通透性。我们利用循环伏安、交流阻抗的方法来研究这种现象。支撑双层磷脂膜与铁氰化物的反应与时间有关。进一步地，我们研制了一种铁氰酸根离子传感器。这种离子通道响应灵敏度较高，它可以检测的铁氰化物的最小浓度为5μM。5．稳定的磷脂浇铸膜是通过把含磷脂的氯仿溶液浇铸到玻碳电极上制备的。我们把一种新的媒介质一去甲肾上腺素嵌入到这种磷脂浇铸膜中。磷脂浇铸膜可以被视为一种生物膜模型。用这个体系对抗坏血酸进行电催化氧化，与在裸玻碳电极上相比，阳极过电位降低了约250 mV。浇铸膜内去甲肾上腺素的电化学行为是受扩散控制的，其扩散系数是1.87×10-5cm2／s。在浓度为0.5-10 mmol／L的范围内，催化电流随抗坏血酸的浓度增大而呈线性增加。在同时含有抗坏血酸和尿酸的溶液中，我们用循环伏安法可以同时侧得两个峰，这两个峰之间的峰位差大约为147mV。6．卵磷脂泡囊和血红蛋白在热解石墨电极上制备的薄膜内，血红蛋白可以实现其直接电化学。血红蛋白在薄膜内表现出薄层电化学行为。其式电位E0在pH 3.5-7.0内随pH值直线变化，斜率为-46.4 mV/pH。磷脂膜内的血红蛋白对H2O2显示了很好的催化还原行为。基于此，研制了无媒介体的H2O2传感器。7．我们合成了一种人工磷脂（二甲基二（十二烷基）澳化钱，DDAB）保护的金纳米粒子。在这些金纳米粒子的促进下，血红蛋白可以表现出直接电子转移（DET）反应，其式电位位于-169mVvs Ag/AgCl参比电极。光谱数据表明电极上的血红蛋白没有变性。这种磷脂保护的金纳米粒子很稳定（至少8个月），它们的平均直径是6.42nm。这是首次应用单层膜保护的纳米粒子去实现蛋白质的直接电化学反应。8．我们在一种新的基底一碳电极上构建了杂化双层膜（HBM）。这是对其它基底上构建的HBM的一种扩展。首先，通过电化学扫描将烷基胺修饰在碳电极表面，使之在电极上形成单层膜。由于烷基链部分向外，因此所构筑的界面是疏水的。然后在碳电极的疏水表面铺展一层磷脂单层膜。所生成的HBM通过电化学和ATR-FTIR技术来表征。根据ATR-FTIR的结果，脂质的有序常数（S）为0.73。这种杂化膜具有磷脂／烷基硫醇HBM的优点。这种HBM在生物传感面具有潜在的应用。

DNA-聚苯胺体系的电化学及扫描探针显微学研究

DNA-聚苯胺复合物在低维纳米材料制作、生物传感器、DNA杂交反应检测以及生物芯片开发等方面具有潜在的应用价值。鉴于此，我们在本论文中着重研究了以下两方面内容：1．利用循环伏安法研究了DNA的存在对聚苯胺电化学行为的影响。研究发现，虽然，苯胺的循环伏安聚合过程不受DNA的影响，但是DNA的存在会显著降低聚苯胺修饰电极在HCl空白溶液中循环伏安扫描时的峰电流值。初步推测可能是由于DNA分子在聚苯胺膜上的吸附阻碍了电极上电子的传递而造成的。2．通过自组装方法从水溶液中构造出了分散性良好的苯胺-DNA复合物纳米线，并以此为前驱体构造出了以DNA为模板的聚苯胺纳米线。另外，利用改进后的气流展开法可以将所得到的纳米线有序排列到基底上。用原子力显微镜对所得到的纳米线进行了表征，结果显示纳米线形貌规整、排列有序、背景清晰。

模拟生物膜的电化学研究

介绍了生物膜的组成、结构和一些基本性质，详细描述了各种生物膜模型（支撑磷脂双层膜、非支撑磷脂双层膜、泡囊等等）的制备方法。概要地总结了模拟生物膜的各个领域的研究情况，着重评述了模拟生物膜在电化学、生物传感器、膜片钳、图案化领域的研究进展。采用电化学、各种谱学以及扫描探针显微镜等方法对支撑双层磷脂膜、磷脂浇铸膜等不同的模拟生物膜体系进行了研究。同时还应用分子生物学的方法进行了基因的克隆及其融合蛋白的表达和纯化；另外对生物分子相互结合的动力学问题做了有意义的探索。主要结果如下：1两性霉素在支撑双层磷脂膜上的离子通道行为两性霉素是一种治疗系统性真菌感染的有效药物。通过在电极表面构筑双层磷脂膜作为两性霉素的人工靶向性，用通道离子作为探针分子，检测在两性霉素存在下通道的关闭与打开，建立了两性霉素与支撑双层磷脂膜的相互作用模型。2基于磷脂膜包被的活性肤一微过氧化物酶11的过氧化氢生物传感器首次将活性肤一微过氧化物酶11包被于磷脂膜内制成过氧化氢生物传感器。这一方法使过氧化氢的检侧限大大降低，同时也提高了检测灵敏度。磷脂膜为生物活性分子提供了一个天然的生物相容性的环境，为生物活性分子的有效固定和行使功能提供了良好的场所。3树枝状大分子诱导支撑双层磷脂膜表面的缺陷形成用电化学的方法研究了一系列的不同大小的树枝状大分子与支撑双层磷脂膜的相互作用。研究发现只有较大的分子才能在磷脂膜表面产生缺陷，而且这种诱导产生缺陷的能力还依赖于枝状大分子的结构和表面的电荷密度。4乳链菌肤与支撑双层磷脂膜的相互作用乳链菌肤是一种带正电荷的抗菌肤，它作用于带相反电荷的革兰氏阳性菌的细胞膜表面。通过在电极表面构筑双层磷脂膜来模拟细胞膜表面，使这一复杂的相互作用变得易于用电化学的手段来研究。实验结果表明，乳链菌肤在膜表面形成孔洞是其在膜表面的富集过程，随着乳链菌肤在膜中的浓度的增加，其协同性导致膜表面的孔洞增大，从而最终导致膜的完全被破坏。5电化学结合光谱的方法研究微过氧化物酶11与磷脂膜的相互作用用电化学和光谱的方法研究微过氧化物酶11与阳离子泡囊的相互作用。阳离子泡囊的引入使微过氧化物酶11由在溶液中的无规卷曲向有序的alpha-螺旋转变。这种构型的转变大部分是依靠于短肤分子与膜表面的静电相互作用。6用分子探针指示脂质体诱导的DNA的构型转变用甲基绿分子作为探针分子来检钡（脂质体诱导的DNA分子构型的转变。通过引入探针分子，检测到脂质体诱导DNA分子构型由B到C构型转变。探针分子的引入使DNA分子与脂质体这一复杂的相互作用变得简化。7果蝇热休克蛋白22基因的克隆及其融和蛋白的表达、纯化用PCR方法以果蝇的cDNA为模板扩增出热休克蛋白22基因（hsp22）片段，将其插入原核载体pUCm一T中在大肠杆菌中扩增，再将基因切下插入到原核表达载体pET（28a夕中在大肠杆菌中表达出hsp22:6*His融合蛋白，融合蛋白大小约23KDa，可以用Ni2＋-NTA亲合层析纯化。该蛋白可用来获得hsp22蛋白特异性抗体，从而为检测其在体内的表达以及研究hsp22的功能奠定基础。通过一系列的分子生物学技术获得了融合蛋白，为下一步进行定点突变认为设计所需要的蛋白质序列奠定了基础，为蛋白质折叠和分子识别提供了上游的研究对象和体系。8整体联系的生物分子结合的动力学研究我们讨论了在全局联系的情况下讨论了生物分子表面结合的动力学。对于配体和受体之间相对快速的与没有活化的过程的结合的动力学，具有很好的近似性。当动力学上的驱动力很大的时候，全局联系的观点具有很恰当的适应性。结合的动力学时间常数与温度之间呈“U”字型曲线。在高温的时候时间常数增加是由于在高温下结合变得非常不稳定；而在低温的时候，时间常数随着温度的下降而增加，这是由于陷入了局域的最小值状态。结合的能量地形面的波动也导致动力学随温度的变化而变化。

Study of a high power density sodium polysulfide/bromine energy storage cell

Nickel catalyst supported on carbon was made by reduction of nickelous nitrate with hydrogen at high temperature. Ni/ C catalyst characterization was carried out by XRD. It was found that the crystal phase of NiS and NiS2 appeared in the impregnated catalyst. Ni/ C and Pt/ C catalysts gave high performance as the positive and negative electrodes of a sodium polysulfide/ bromine energy storage cell, respectively. The overpotentials of the positive and negative electrodes were investigated. The effect of the electrocatalyst loading and operating temperature on the charge and discharge performance of the cell was investigated. A power density of up to 0.64 W cm(-2) ( V = 1.07 V) was obtained in this energy storage cell. A cell potential efficiency of up to 88.2% was obtained when both charge and discharge current densities were 0.1 A cm(-2).

Red-light-emitting iridium complexes with hole-transporting 9-arylcarbazole moieties for electrophosphorescence efficiency/color purity trade-off optimizationE

The synthesis, structures, photophysics, electrochemistry and electrophosphorescent properties of new red phosphorescent cyclometalated iridium(III) isoquinoline complexes, bearing 9-arylcarbazolyl chromophores, are reported. The functional properties of these red phosphors correlate well with the results of density functional theory calculations

Red-Light-Emitting Iridium Complexes with Hole-Transporting 9-Arylcarbazole Moieties for Electrophosphorescence Efficiency/ Color Purity Trade-off Optimization

The synthesis, structures, photophysics, electrochemistry and electrophosphorescent properties of new red phosphorescent cyclometalated iridium(III) isoquinoline complexes, bearing 9-arylcarbazolyl chromophores, are reported. The functional properties of these red phosphors correlate well with the results of density functional theory calculations. The highest occupied molecular orbital levels of these complexes are raised by the integration of a carbazole unit to the iridium isoquinoline core so that the hole-transporting ability is improved in the resulting complexes relative to those with I-phenylisoquinoline ligands. All of the complexes are highly thermally stable and emit an intense red light at room temperature with relatively short lifetimes that are beneficial for highly efficient organic light-emitting diodes (OLEDs).

Layer-by-layer assembly of biologically inert inorganic ions/DNA multilayer films for tunable DNA release by chelation

In this work, we illustrate a simple chelation-based strategy to trigger DNA release from DNA-incorporated multilayer films, which were fabricated through the layer-by-layer (LbL) assembly of DNA and inorganic zirconium (IV) ion (Zr4+). After being incubated in several kinds of chelator solutions, the DNA multilayer films disassembled and released the incorporated DNA. This was most probably due to the cleavage of coordination/electrostatic interactions between Zr4+ and phosphate groups of DNA. Surface plasmon resonance (SPR), UV-vis spectrometry and atomic force microscopy (AFM) were used to characterize the assembly and the disassembly of the films.

Facile electrochemical approach to fabricate hierarchical flowerlike gold micro structures: Electrodeposited superhydrophobic surface

A templateless, surfactantless, electrochemical approach is proposed to directly fabricate hierarchical flowerlike gold microstructures (HFGMs) on an indium tin oxide (ITO) substrate. The as-prepared HFGMs have been characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and cyclic voltammetry.

Facile electrochemical route to directly fabricate hierarchical spherical cupreous micro structures: Toward superhydrophobic surface

A templateless, surfactantless, electrochemical route is proposed to directly fabricate hierarchical spherical cupreous microstructures (HSCMs) on an indium tin oxide (ITO) substrate. The as-prepared HSCMs have been characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray (EDX) analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD).

The characteristics of highly ordered mesoporous carbons as electrode material for electrochemical sensing as compared with carbon nanotubes

In this paper, the unique properties of highly ordered mesoporous carbons modified glassy carbon electrode (OMCs/GE) are illustrated from comparison with carbon nanotubes modified glassy carbon electrode (CNTs/GE) for the electrochemical sensing applications.

Enhance the optical absorptivity of nanocrystalline TiO2 film with high molar extinction coefficient ruthenium sensitizers for high performance dye-sensitized solar cells

We report two new heteroleptic polypyridyl ruthenium complexes, coded C101 and C102, with high molar extinction coefficients by extending the pi-conjugation of spectator ligands, with a motivation to enhance the optical absorptivity of mesoporous titania film and charge collection yield in a dye-sensitized solar cell. On the basis of this C101 sensitizer, several DSC benchmarks measured under the air mass 1.5 global sunlight have been reached.

Multilayer structured carbon nanotubes/poly-L-lysine/laccase composite cathode for glucose/O-2 biofuel cell

Multilayer film of laccase, poly-L-lysine (PLL) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were prepared by a layer-by-layer self-assembly technique. The results of the UV-vis spectroscopy and scanning electron microscopy studies demonstrated a uniform growth of the multilayer. The catalytic behavior of the modified electrode was investigated. The (MWNTs/PLL/laccase)(n) multilayer modified electrode catalyzed four-electron reduction of O-2 to water, without any mediator.

Magnetic control of bioelectrocatalytic processes based on assembled iron oxide particles

A facile magnetic control system was designed in bioelectrocatalytic process based on functionalized iron oxide particles. The iron oxide particles were modified with glucose oxidase, and ferrocene dicarboxylic acid was used as electron transfer mediator. Functionalized iron oxide particles can assemble along the direction of applied magnetic field, and the directional dependence of the assembled iron oxide particles can be utilized for device purposes. We report here how such functionalized magnetic particles are used to modulate the bioelectrocatalytic signal by changing the orientation of the applied magnetic field. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.