基于纳米通道的牛血清白蛋白在化学镀的修饰中的电流响应

基于纳米通道的牛血清白蛋白在化学镀的修饰中的电流响应

1金纳米通道的修饰作为纳米技术的一部分，纳米通道技术在分析和分析生物材料（如蛋白质和核酸）方面发挥着重要作用，对生物模拟具有重要意义。金纳米通道作为人工合成的纳米通道之一,它制备简便且表面易于进行化学修饰(如修饰疏水性、亲水性基团或生物识别分子等)而使通道表面改性,为其应用提供了广阔的空间。Chun等利用修饰HS(CH2)10COOH的金纳米通道,在电场的作用下对牛血清白蛋白(BSA)和牛血红蛋白(BHb)进行分离,并讨论了溶液的离子强度、酸度以及应用电位对分离的影响。黄杉生等利用表面修饰Cl-的金纳米通道作为纳米通道阵列传感器对免疫球蛋白(IgG)进行定量测定,检测的灵敏度很高,检出限达0.34μg/L。这主要是纳米通道阵列对响应信号有一定的放大作用,用它对生物分子进行定量分析具有较高的灵敏度,有利于对生物分子进行定量分析测定。目前利用金纳米通道对蛋白质进行分离的报道很多,但用于定量分析的报道较少。因此,本研究建立了在电场作用下利用修饰Cl-的金纳米通道对BSA进行定量分析的方法,并研究了BSA在通道中迁移时引起电流响应变化产生的机理。研究表明,其电流响应变化与BSA浓度在1.50×10-10～1.35×10-9mol/L范围内呈线性关系,可对BSA进行定量分析。2实验部分2.1无砂酸酯超滤膜CHI660A电化学工作站(上海辰华仪器公司);两电极系统(均用金丝作为电极);连通池(自制,孔径ϕ=2.5mm);HitachiS4500扫描电镜(日本日立公司);聚碳酸酯超滤膜,孔径为100nm,孔密度为6×108个/cm2,厚度为6～11μm(美国Millipore公司);氨性硝酸银溶液0.029mol/L;SnCl2(0.026mol/L)-CF3COOH(0.07mol/L)溶液;镀金液(7.9×10-3mol/L,pH10.2);H2SO4(0.5mol/L);HNO3(25%);磷酸盐缓冲溶液(PBS)(pH7.4);BSA为1.5×10-5mol/L。0.1mol/LKCl溶液。所用试剂均为分析纯。实验用水为Milli-Q超纯水(美国Millipore公司)。2.2实验方法2.2.1金纳米通道膜的扫描电镜的修饰通道的制备参考文献方法并做适当的修改。将聚碳酸脂膜经Sn2+敏化45min、沉积Ag(10min)后,再浸入镀金液中,涡旋10min(1800r/min)后,放于4℃冰箱中进行金沉积,其它步骤同文献。图1为沉积8h的金纳米通道膜的扫描电镜图,通道直径约为50nm。将金纳米通道膜置于0.1mol/LKCl溶液中自组装12h后,用水淋洗后再用水浸泡30min以除去未组装到膜上的Cl-,在空气中晾干待用。2.2.2电化学i-t分析在连通池的进样池中加入PBS溶液或含一定量BSA的PBS溶液,在透过池中只加入PBS溶液,将电极分别插入进样池和透过池,采用电化学i-t法进行扫描。其中初始电压为1.0V,采集数据时间为0～100s,采集数据时间间隔为0.1s,得到它们的i-t曲线。根据电流响应信号的变化进行研究分析。3结果与讨论3.1未修饰的纳米通道与bsa在pH7.4PBS溶液中,对通道两端施加电压,溶液离子迁移通过纳米通道时产生电流响应。当加入BSA的PBS溶液后,它在这两种纳米通道中的迁移电流均降低,其中|Δi|(修饰)为46.5nA,|Δi′|(未修饰)为34.4nA,|Δi|>|Δi′|。这是由于BSA具有一定的体积(Stokes半径为3.55nm,此半径比电解质溶液离子半径0.01～0.1nm大很多)。当它在这两种纳米通道中进行迁移时都会产生一定的迁移阻碍效应,使电流响应降低;在pH7.4时,BSA带有负电荷,它与修饰通道产生一定的静电排斥作用,影响在通道中的迁移,因而使得电流响应进一步降低,使得|Δi|>|Δi′|。此外,BSA在未修饰的纳米通道中迁移响应的稳定性比经Cl-修饰的纳米通道差,主要是由于BSA在未修饰的通道中迁移时有一定的吸附,影响它的迁移稳定性。因此,本实验主要研究BSA在修饰Cl-的通道中的迁移行为。图2为BSA在修饰Cl-通道中迁移的电流响应i-t曲线,以电流响应的变化(|Δi|)作为检测的依据,对BSA在纳米通道中的迁移进行研究和定量分析。3.2ph对bsa迁移的影响由于在不同的pH时,BSA所带净电荷数目不同,如在pH4.75时,它所带净电荷数为零,此pH是它的等电点;而在pH7.4时,它带有84个正电荷和100个负电荷,净带有16个单位的负电荷。因此支持电解质的pH对BSA在通道中的迁移有很大的影响。图3为在不同pH时,BSA在修饰通道中迁移的电流响应变化曲线。研究表明,BSA迁移电流响应|Δi|值随pH的变化而变化。这是由于当pH增高时,BSA所带净负电荷数也增大。它在通道中迁移时,与通道间的静电排斥作用也增大,从而使响应电流降低变大。因此,|Δi|随pH增高而增大。本研究中选择pH为7.4,此时电流响应变化值较大,而且接近生理条件,有利于对生物样品的分析。3.3bsa的电流响应考察了加在金纳米通道膜两端的电位对BSA迁移电流响应的影响,结果表明,当施加电位达到某一特定值时,本实验中空白溶液Eblank为0.275V,BSA的EBSA为0.400V,它们的电流响应为零。从Eblank<EBSA可以看出,要使BSA在修饰通道中迁移需要比溶液离子迁移更大的推动力,这与在给定电位下,BSA迁移的电流响应比空白溶液的电流响应低的结果一致。电位从0.40～2.0V范围内对BSA测定。结果表明,BSA溶液迁移产生的电流响应随电位的增加而增大,当电位>1.0V时背景电流增大,曲线形状差,不利于BSA的测定。因此,本研究选用1.0V。3.4各主要内在选定的实验条件下,对不同浓度BSA溶液进行了测定。结果表明,随着BSA浓度的增大,电流响应减小,|Δi|逐渐增大,据此可对BSA进行定量分析。但当BSA溶液浓度达到一定量时,电流响应变化较小,趋于一平台。因为当溶液中BSA浓度增大时,BSA分子的数目也增大,它在通道中的阻碍效应也变大,因而电流响应变化也增大。但当BSA的数目达到一定值时,BSA在通道中的阻碍效应达到平衡,因此,电流响应变化趋于一平台。结果表明,BSA的浓度在1.50×10-10～1.35×10-9mol/L范围内与|Δi|呈线性关系,其线性回归方程为|Δi|(μA)=0.0069+0.125c(×10-9mol/L),其中在各浓度点测定3次