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1、第41卷分析化學(FENXIHUAXUE)特約來稿第2期2013年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry167～173DOI：l0．3724／SP．J．1096．2013．20182鐵蛋白在單壁碳納米管修飾電極上的直接電化學過程研究謝芬楊麗君劉諾亞熊華玉文為張修華王升富(湖北大學化學化工學院，武漢430062)摘要采用溴化十六烷基三甲基銨(CTAB)分散的單壁碳納米管(SWNTs)將鐵蛋白(Ft)固定在玻碳電極(GCE)表面，制備了鐵蛋白一單壁碳納米管一溴化十六烷基三甲基銨膜修飾玻碳電極(Ft—SWNTs—CTAB／GCE
2、)。透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡用于該膜的形貌表征，紅外反射吸收光譜表明復合膜中的Ft保持原有的天然結(jié)構(gòu)。采用循環(huán)伏安(CV)法研究了Ft在此修飾電極上的直接電化學和Ft中鐵儲存和鐵釋放的機理：在電化學還原過程中，F(xiàn)e從蛋白質(zhì)中還原出來，并在電化學氧化過程中重新進入到蛋白質(zhì)內(nèi)，CV曲線上有較好的氧化還原峰，峰電流較大，響應信號較好。利用去鐵鐵蛋白進行對比實驗，進一步證實了Ft在SWNTs．CTAB修飾電極上的鐵儲存和鐵釋放過程。關(guān)鍵詞鐵蛋白；單壁碳納米管；鐵儲存；鐵釋放；直接電化學1引言鐵蛋白(Ft)是一種水溶性的含鐵球蛋白，它在細胞中能儲存多余的鐵，且在細
3、胞需要時又釋放出鐵。微團外的殼層蛋白質(zhì)有兩種不同結(jié)構(gòu)的亞單位，并按4：3：2對稱分布，這些亞基的分布排列形成了8個親水和6個疏水的通道，使外部與蛋白質(zhì)內(nèi)部連通[1]。天然Ft性質(zhì)十分穩(wěn)定，利用鐵螯合劑可以使Ft極慢地釋放出其蛋白質(zhì)內(nèi)部的Fe¨。還原劑的加入，會使Ft釋放鐵的速率加快約1×10。倍。然而Ft釋放鐵的機理尚不清楚，近年來，F(xiàn)e被氧化進入到Ft球殼內(nèi)部的機理研究引起了人們的廣泛關(guān)注，鐵進入球殼是通過親水性的3一折疊通道，并且在羧酸鹽殘基濃度較大的區(qū)域進行螯合。文獻[5]對H．鏈和L．鏈Ft分別重組后研究發(fā)現(xiàn)，只有H一鏈的Ft能催化鐵的氧化，是鐵發(fā)生
4、氧化的活性中心。研究表明，在Ft儲存和釋放鐵的過程中都伴隨有電子的轉(zhuǎn)移。目前，采用電化學方法對Ft的研究主要是針對其機理方面的探索。文獻[6]指出，馬脾Ft在電極上因無法得到電子而不能發(fā)生還原，認為它是一種惰性的蛋白質(zhì)[6]。但不久這個結(jié)論就被推翻了。Zapien等分別用氧化銦摻雜錫電極、裸金電極和3．巰基丙酸自組裝膜修飾Au電極研究了馬脾Ft的電子傳遞過程。研究結(jié)果表明，馬脾Ft能夠在電極上發(fā)生氧化還原反應，既能釋放又能儲存Fe。Wu研究了Ft在納米金膠電極上的直接電化學及催化氧化抗壞血酸，但對電化學條件下Ft中鐵的釋放和儲存過程的研究不夠深入；而Zapi
5、en等制備的電極耗時較長(約60h)。因此建立一種簡單、快速的Ft電化學研究方法十分必要。碳納米管(CNTs)具備優(yōu)良的物化性能，用它制成的電極能促進電子傳遞，在電分析領域已被廣泛關(guān)注。本研究采用單壁碳納米管(SWNTs)一溴化十六烷基三甲基銨(CTAB)將馬脾Ft固定在玻碳電極(GCE)表面，制備了鐵蛋白．單壁碳納米管．溴化十六烷基三甲基銨膜修飾玻碳電極(Ft—SWNTs—CTAB)。研究了Ft在SWNTs—CTAB修飾電極上的直接電化學，初步探討了Ft中鐵儲存和釋放的機理。2實驗部分2．1儀器與試劑CHI660A電化學系統(tǒng)(上海CHI公司)；三電極電解池
6、：GCE或Ft—SWNTs—CTAB／GCE為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲為對電極；SpectrumOneFTIR紅外光譜儀(PerkinElmer公2O12_o5-26收稿2O12一l0_o9接受本文系國家自然科學基金(Nos．20575017，20875023)資助E-mail：wangsf@hubu．edu．cn168分析化學第41卷司，美國)，水平分辨率為4cm；Branson2000超聲波清洗儀(美國)；320-S酸度／離子計(瑞士Mettler—Toledo公司)；原子力顯微鏡(AFM，MI公司)；Technai20透射電子顯
7、微鏡(荷蘭Philip公司)。馬脾鐵蛋白(Horsespleenferritin)和去鐵鐵蛋白(Apoferritin，aFt)，購于美國Sigma公司；SWNTs(中國科學院成都有機化學研究所)；溴化十六烷基三甲基銨(CTAB，分析純，上海凌峰化學試劑有限公司)；磷酸鹽緩沖溶液(PBS)由NaHPO和KHPO配制而成。其它試劑均為分析純。2．2Ft．SWNTs．CTAB／GCE的制備將1mgSWNTs分散于1mL10g／LCTAB溶液中，超生振蕩1h，得到1g／LSWNTs均勻分散液。將10gL0．77g／LFt溶液與10gL1g／LSWNTs分散液混合均
8、勻，取10滴涂在潔凈的GCE表面，罩上有孔的小管，室
