掺杂细胞色素c的酶界面及在电化学传感器中的应用研究

本项目旨在以扫描探针显微镜、光谱和电化学技术研究生物氧化过程中电子传递体的细胞色素 c（Cyt c）与辣根过氧化物酶和葡萄糖氧化酶构建的一系列界面，揭示界面中的电子传输机理、信号转换规律和发展高性能的电化学传感器。主要研究内容包括构建和表征各种酶界面，利用DNA作为聚阴离子将掺杂了Cyt c的酶与DNA层层组装或通过调控Cyt c和酶溶液的pH直接组装构建酶界面；通过优化界面的制备条件，发展响应快、稳定性好和灵敏度高的电化学传感器。与以往报道的酶界面相比，Cyt c的掺杂不仅能保持还将进一步改善酶的催化活性，并能转移酶催化反应产生的电子；Cyt c与酶直接接触能有效地转移电子，因此可以大大提高界面中酶的量；是一种完全由生物分子组成的界面，可以用来研究蛋白质相互作用和生物信息传递规律。该项目的研究成果也可以扩展到其它酶界面以研究蛋白质间的相互作用，为蛋白质组学研究提供新方法。

采用电化学、光谱、扫描探针显微镜及凝胶电泳技术研究了掺杂细胞色素c（Cyt c）的酶界面及其在电化学传感器中的应用。本项目构建了一系列Cyt c、辣根过氧化物酶（HRP）、和葡萄糖氧化酶（GOD）等单蛋白质界面，Cyt c-HRP、Cyt c-GOD等二蛋白质界面以及HRP-Cyt c-GOD等三蛋白质界面。研究了界面结构、界面中蛋白质间相互作用及电子传输，揭示了界面中电子传输机理、信号转换规律。通过优化界面的制备条件，发展了一系列响应快、稳定性好和灵敏度高的电化学传感器。具体成果如下：.1. Cyt c、HRP和GOD单层膜界面：基于三维多孔的聚二茂铁硅烷（PFS）-DNA网络膜构建了Cyt c单层膜界面、基于羟基磷灰石－羧基功能化的碳纳米纤维(FCNFs) 构建了Cyt c单层膜界面、基于室温离子液体－PFS－DNA复合材料极构建了HRP单层膜界面、基于普鲁士蓝（PB）修饰的FCNFs复合材料构建了GOD单层膜界面等。发展了一系列响应时间短、灵敏度高、选择性、重现性和稳定性均良好的H2O2及葡萄糖电化学传感器。.2.二蛋白质界面：基于DNA网络膜构建了Cyt c-HRP单层膜界面、基于聚二烯丙基二甲基氯化铵-石墨烯-金纳米粒子复合材料构建了Cyt c-GOD单层膜界面、基于氧化石墨烯（GO）-壳聚糖(CHIT)构建了Cyt c-HRP单层膜界面、基于DNA网络膜构建了Cyt c-HRP多层膜界面、基于GO-CHIT构建了Cyt c-HRP多层膜界面等。发展了一系列良好的电化传感器。.3. 三蛋白质界面：通过调控蛋白质组装液的pH构建了GOD-HRP-Cyt c界面、通过蛋白质间的特异性相互作用构建了刀豆球蛋白A－Cyt c-HRP界面等。比较了三蛋白质单层膜界面与二蛋白质单层膜界面性能的异同，揭示了蛋白质界面中信息的传递规律。.截至目前为止，圆满完成项目的目标，共发表20多篇论文、申请2项发明专利及发表多篇会议论文。该项目的研究也扩展到其他酶界面的构建及无酶纳米电化学传感器，既丰富了研究内容，又为本项目后继研究打下了基础。