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图1.2 肌红蛋白的三级结构
蛋白质自身的氧化还原行为是指在溶液中或者吸附在电极表面上的蛋白质直接或间接的与工作电极之间发生电子转移，这种电子交换在一定程度上类似于生命体内生物膜与蛋白质之间的电子交换，因此关于蛋白质的氧化还原等电化学机理的研究可以用来解释和利用这些生物氧化还原系统。
1.1.4 电化学生物传感器
生物传感器（biosensor）或称生物分析传感器。生物分析传感器在电极表面上接着生物物质（如酶、抗原/抗体、LB、脂质体、植物或动物的组织等），生物分析传感器的功能犹如一化学受体，即对于被分析物能识别和发生反应的一种选择性接受点位化学修饰电极（chemically modified electrode）是由导体或半导体制作的电极，在电极的表面涂敷了单分子的、多分子的、离子的或聚合物的化学物薄膜，借Faraday（电荷消耗）反应而呈现出此修饰薄膜的化学的、电化学的以及/或光学的性质。
氧化还原蛋白质（酶）与电极表面间的直接电子传递的实验及其研究，在生命、环境、能源和分析化学中具有重要的理论和实践意义，现在已成为了生物电化学研究最重要的实验以及研究发展方向之一，因此寻求有效的手段和方法实现氧化还原蛋白质（酶）的直接电化学，以满足生物医学、环境监测和工业快速分析的需要，将成为生物医学、环境监测和工业快速分析领域的发展趋势。蛋白质直接电化学研究的意义在于：可以方便地获得蛋白质的热力学和动力学性质，有助于深入了解蛋白质的电子传递的过程，如蛋白质直接电化学的界面专一性、界面相容性和蛋白质的变性问题等，而这方面的研究把电极与生物大分子联系起来，可以获得一种专一的电催化模式，以实现高灵敏度和高选择性的分子传感。通过氧化还原蛋白质（酶）与电极表面间的直接电子传递的实验及其研究不仅可以得到蛋白质的各种化学和生物特征，还可以将其应用到其他领域，如电化学检测、环境分析、生物传感器的制备等等。研究蛋白质的直接电化学行为时，往往需要对电极表面进行处理和修饰，以避免因为蛋白质与裸露固体电极表面直接接触，从而造成的结构与功能发生变化，并失去其生物活性[6]。蛋白质变性后会影响其它自由扩散分子的直接电子转移，而且由于蛋白质和酶分子具有庞大的空间结构，其氧化还原中心被多肽链所包围，阻碍了蛋白质和酶在电极表面的直接电子转移，将氧化还原蛋白质固定在具有生物兼容性的电极表面，可实现一个快速的电子传递反应，有利于蛋白质和酶直接电子传递过程的研究。近几年来，从纳米材料的小尺寸和高比面积等特殊效应方法考虑，利用纳米材料修饰电极来研究蛋白质的直接电化学行为已引起广大科研工作者的极大兴趣，目前主要集中在利用各种金属纳米粒子和碳纳米管在电极表面上的组装制备的化学修饰电极，进而研究一些氧化还原蛋白质的直接电化学行为[13-15]。但采用介孔材料制备的修饰电极，从而研究氧化还原酶的直接电化学行为的文献报道还相对较少[13]。
1.2 选题研究目的和意义
化学修饰电极是20世纪70年代中期发展起来的一门新兴的学科，也是目前研究非常活跃的电化学和电分析化学的领域[1]。近几年来，在生命科学还有纳米科技的研究领域中由于现代科学技术的发展迅速，现在已经有相当多的研究会利用纳米材料和生物材料来制备修饰电极，比如在DNA研究领域的修饰电极、在纳米材料研究领域的修饰电极、在酶研究领域的修饰电极等 [1,2]。对于在生物研究领域中，从生物大分子的研究乃至生物传感器的制备，都已经开始吸引了越来越多研究的关注。其中，利用化学修饰电极研究一些具有电活性中心的蛋白质的直接电化学行为，如751根过氧化物酶、肌红蛋白酶等，也是近年来研究者们特别关注的一个课题[3-9] ，蛋白质直接电化学研究的意义在于：可以方便地获得蛋白质的热力学和动力学性质，有助于深入了解蛋白质电子传递过程，如蛋白质直接电化学的界面专一性、界面相容性和蛋白质的变性问题等，这方面的研究把电极与生物大分子联系起来，可以获得一种专一的电催化模式，以实现高灵敏度和高选择性的分子传感[3]。对于通过修饰电极这方面的研究不仅可以得到蛋白质的各种化学和生物特征，还可以将其应用到其他领域，如电化学检测、环境分析、生物传感器的制备等等。研究蛋白质的直接电化学行为时，往往需要对电极表面进行处理和修饰，以避免因为蛋白质与裸露固体电极表面直接接触，从而造成的结构与功能发生变化，并失去其生物活性[6]。蛋白质变性后会影响其它自由扩散分子的直接电子转移，而且由于蛋白质和酶分子具有庞大的空间结构，其氧化还原中心被多肽链所包围，阻碍了蛋白质和酶在电极表面的直接电子转移，将氧化还原蛋白质固定在具有生物兼容性的电极表面，可实现一个快速的电子传递反应，有利于蛋白质和酶直接电子传递过程的研究[5]。复合介孔膜有生物相容性和尺寸效应，关于无机复合介孔膜在电化学生物传感器方面的应用已有报道，但是由于其柔韧性不好，易碎，在实际的制备过程有一定的缺陷，目前为止，关于有机无机复合介孔膜应用的报道还很少，未发现关于有机-无机复合介孔膜用于电化学生物传感器的报道。