纳米金改性Zein纤维及其在生物传感器上的应用

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与制备过程复杂且污染环境的导电聚合物相比,静电纺制备的天然纳米纤维因其良好的生物相容性和天然的三维多孔结构,已被证明可作为酶生物传感器检测水体中有害物质的基材。但由于天然纳米纤维特别是蛋白质纳米纤维在水中无法保持原有的形貌,因而极大的限制了其在生物领域的应用。本文针对以上问题,以玉米醇溶蛋白(Zein)为原料,分别通过与醋酸纤维素(CA)混纺以及乙二醛(Glyoxal)化学交联两种手段,静电纺丝得到改性Zein纳米纤维。对改性纤维进行一系列表征,红外结果证明了纤维改性的成功,改性后Zein纳米纤维的表面形貌良好且力学性能提高,纤维的亲水性和吸水性下降明显,与之对应的水稳定性得到提高。纳米金具有良好的电化学性能,可提高酶生物传感器的检测效果,因而将纳米金采用一步还原法负载到改性纳米纤维的表面。实验过程中,聚乙烯亚胺(PEI)既是交联剂又作为反应中的还原剂。通过研究负载过程的反应机理,可知纳米金负载于乙二醛交联Zein改性纤维是通过PEI与纤维的氢键和共价键的共同作用实现的,而纳米金仅仅贴附到Zein/CA复合纳米纤维表面。红外光谱(FT-IR)分析可知PEI分子附着于乙二醛Zein超细纤维的表面是PEI和乙二醛功能基团相互作用的结果。扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)显示纳米金在乙二醛交联Zein纳米纤维表面的分布很均匀。通过能谱(EDAX),X射线衍射仪(XRD),紫外分光光度计(UV-vis)等分析结果证实纳米金负载于乙二醛交联Zein超细纤维的表面。使用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)对负载前后材料热学性能进行比较可知,纳米金提高了复合材料的热稳定性。将漆酶包埋于负载纳米金的不同改性Zein复合材料和电极的表面,组成漆酶生物传感器。通过循环伏安法(CV)比较基于不同材料制备的酶生物传感器的电化学响应,筛选出负载纳米金的乙二醛交联Zein超细纤维作为生物传感器检测邻苯二酚的基材。此外,不同修饰电极分析响应比较证实纳米金可提供促进电化学反应的直接电子转移,不同PH和扫描速度对漆酶生物传感器的影响说明修饰电极参与的电化学反应是一个可逆复杂的氧化还原过程。方波伏安法(SWV)被用来分析漆酶生物传感器检测邻苯二酚的过程,结果证明该漆酶生物传感器可高灵敏的检测邻苯二酚,灵敏度高达1.626μA·μM-1。与此同时,该漆酶生物传感器展现出了较高的稳定性,重现性和选择性,并可用于实际水样的检测。
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