ج

شکل ۳-۶٫ تصاویر میکروسکوپ الکترونی مربوط به الف) نانولوله کربنی بمبو مانند/آنزیم ب) نانولوله کربنی چند جداره/ آنزیم و ج) نانولوله کربنی تک جداره/ آنزیم

۳-۳ . انتقال الکترون مستقیم آنزیم روی الکترودهای اصلاح شده با نانولوله

برای بررسی تفاوت رفتار الکتروشیمیایی آنزیم کولین اکسیداز جذب شده بر نانولوله‌های کربنی بمبو مانند، چند جداره و تک جداره از روش ولتامتری چرخه‌ای استفاده شد. شکل ۳-۸ مقایسه الکترودهای اصلاح شده مختلف را در بافر فسفات ۲/۰ مولار ۷pH= اشباع از نیتروژن نشان می‌دهد.

در شکل ۳-۸-الف داخلی‌ترین منحنی مربوط به ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود کربن شیشه‌ای برهنه در بافر است. همان طور که ملاحظه می‌شود، در این مورد تنها یک جریان زمینه ضعیف مشاهده شد. در مرحله بعد که نانولوله کربنی بمبو مانند روی الکترود تثبیت شد و ولتامتری چرخه‌ای گرفته شد، منحنی نقطه چین به دست آمد. در این مرحله نیز قله‌ای مشاهده نشد، ولی جریان زمینه تغییر کرد. البته تغییر جریان زمینه پس از تثبیت این نوع نانولوله بسیار کم بود. در مرحله بعد که مایع یونی تثبیت شد باز هم قله‌ای مشاهده نشد، ولی جریان زمینه به مقدار بیشتری تغییر کرد (منحنی خط چین). در مرحله پایانی که آنزیم به این مجموعه اضافه شد (منحنی خط-­نقطه)، یک جفت قله ردوکس کاملاً مشخص مشاهده شد. از آنجایی که این جفت قله تنها پس از تثبیت آنزیم دیده شد، و در محدوده پتانسیل ردوکس مرکز FAD آنزیم است، می‌توان آن را به آنزیم نسبت داد. قله آندی در پتانسیل V 346/0- و قله کاتدی در پتانسیل V 402/0- ولت روی داد. پتانسیل فرمال، میانگین پتانسیل قله‌های کاتدی و آندی، V 374/0- محاسبه شد. جریان قله‌های آندی و کاتدی در این مورد به ترتیب Aµ ^{۶ -}۱۰×۴/۳ و Aµ ^۶-۱۰×۶/۳- بود. در شکل ۳-۸-ب داخلی‌ترین منحنی مربوط به ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود کربن شیشه‌ای برهنه در بافر است. همان‌طور که ملاحظه می‌شود در این مورد تنها جریان زمینه مشاهده می‌شود. در مرحله بعد که نانولوله کربنی چند جداره روی الکترود تثبیت شد و ولتامتری چرخه‌ای گرفته شد، منحنی نقطه چین به دست آمد. در این مرحله هم قله‌ای مشاهده نشد ولی جریان زمینه تغییر کرد. در مرحله بعد که مایع یونی تثبیت شد، باز هم قله مشاهده نشد ولی جریان زمینه تغییر بیشتری نسبت به مرحله قبل داشت (منحنی خط چین). در مرحله پایانی که آنزیم تثبیت شد (منحنی خط-نقطه)، یک جفت قله کاملاً مشخص مشاهده شد. از آنجایی که این جفت قله تنها پس از تثبیت آنزیم دیده شد و در محدوده پتانسیل ردوکس مرکز FAD آنزیم است، می‌توان آن را به آنزیم نسبت داد. پتانسیل قله آندی V 361/0- و پتانسیل پیک کاتدی V 433/0- و پتانسیل فرمال V 397/0- می‌باشد. جریان قله‌های آندی و کاتدی در این مورد به ترتیب Aµ ^۴-۱۰×۵/۱ و Aµ ^۴-۱۰×۵/۱- بود.
ب
الف
ج
شکل ۳-۷٫ ولتاموگرام های چرخه‌ای الکترودهای کربن شیشه‌ای اصلاح شده با الف) نانولوله‌های کربنی بمبو مانند ب) نانولوله کربنی چند جداره ج) نانولوله­های کربنی تک جداره. ولتاموگرام ها در بافر فسفات ۲/۰ مولار و ۷pH= اشباع از نیتروژن در سرعت روبش mV s^-1 ۱۰۰ به دست آمدند. در هر مورد، منحنی نقطه چین ولتاموگرام الکترود اصلاح شده با نانولوله، منحنی خط چین ولتاموگرام الکترود اصلاح شده با نانولوله/مایع یونی و منحنی نقطه-خط ولتاموگرام الکترود اصلاح شده با نانولوله/مایع یونی/آنزیم را نشان می‌دهد. در هر مورد، ولتاموگرام الکترود برهنه برای مقایسه به صورت منحنی پیوسته نشان داده شده است.
شکل ۳-۸-ج داخلی‌ترین منحنی مربوط به ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود کربن شیشه‌ای برهنه در بافر است. همان‌طور که ملاحظه می‌شود در این مورد تنها جریان زمینه مشاهده می‌شود. در مرحله بعد که نانولوله کربنی تک جداره روی الکترود تثبیت شد و ولتامتری چرخه‌ای گرفته شد، منحنی نقطه چین به دست آمد. در این مرحله هم قله‌ای مشاهده نشد ولی جریان زمینه تغییر کرد. در مرحله بعد که مایع یونی تثبیت شد، باز هم قله مشاهده نشد ولی جریان زمینه تغییر بیشتری نسبت به مرحله قبل داشت (منحنی خط چین). در مرحله پایانی که آنزیم تثبیت شد (منحنی خط-نقطه)، یک جفت قله کاملاً مشخص مشاهده شد؛ از آنجایی که این جفت قله تنها پس از تثبیت آنزیم دیده شد و در محدوده پتانسیل ردوکس مرکز FAD آنزیم است، می‌توان آن را به آنزیم نسبت داد. قله آندی در پتانسیل V 338/0- و قله کاتدی در پتانسیل V 421/0- روی داد. پتانسیل فرمال، میانگین پتانسیل قله‌های کاتدی و آندی، V 379/0- محاسبه شد. جریان قله‌های آندی و کاتدی در این مورد به ترتیب Aµ ^۵-۱۰ ×۷/۴ و Aµ ^۵-۱۰×۹/۴- بود.

۳-۴٫ میزان برگشت پذیری واکنش اکسید و احیاء آنزیم

میزان برگشت پذیری واکنش‌های اکسیداسیون و احیاء آنزیم کولین اکسیداز تثبیت شده روی نانولوله‌های کربنی مورد استفاده در این تحقیق، با توجه به جدائی قله‌های آندی و کاتدی مورد بررسی قرار گرفت. در سرعت روبش ^۱-mV s 100 جدائی قله‌های آندی و کاتدی آنزیم تثبیت شده بر روی نانولوله‌های بمبو مانند، چند جداره و تک جداره به ترتیب mV 56، mV 72 و mV 83 محاسبه شد.

۳-۵٫ میزان آنزیم الکترواکتیو روی الکترودهای اصلاح شده با نانولوله ها

برای اینکه بدانیم چه مقدار آنزیم الکتروفعال در واحد سطح الکترودهای اصلاح شده با نانولوله­ها وجود دارد، پوشش سطحی آنزیم الکتروفعال Г روی الکترودهای اصلاح شده با بهره گرفتن از رابطه ۳-۱ به دست آمد:
۳-۱ Г=Q/nFA
در رابطه فوق، Q بار انتقالی از سطح الکترود، n تعداد الکترون مبادله شده، A سطح الکترود اصلاح شده و F ثابت فارادی C mol^-1 ۹۶۴۸۵ می‌باشد. بار انتقالی از الکترود از سطح زیر قله ولتاموگرام های آنزیم قابل محاسبه است. این سطح در مورد نانولوله‌های بمبو مانند، چند جداره و تک جداره به ترتیب ۴۵/۰، ۹۵/۲ و ۰۵/۲ میکروکولن بود. با بهره گرفتن از رابطه ۳-۱ پوشش سطحی آنزیم الکتروفعال تثبیت شده روی الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی بمبو مانند، چند جداره و تک جداره به ترتیب mol cm^2 ۷-۱۰×۳/۳، mol cm^2 ۶-۱۰×۱۶/۲ و mol cm^26-10×۵/۱ محاسبه شد. به این ترتیب میزان آنزیم الکتروفعال تثبیت شده بر الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی چند جداره ۵/۶ برابر بمبو مانند و ۴/۱ برابر نانولوله کربنی تک جداره بود.

۳-۶٫ تثبیت موثر آنزیم بر نانولوله‌های کربنی

با بررسی مورفولوژی سطح الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی و ولتاموگرام­های چرخه‌ای، حضور آنزیم در مجاورت الکترود به اثبات رسید. برای اینکه بدانیم آیا آنزیم روی سطح الکترود تثبیت شده یا تنها در مجاورت آن قرار دارد، ولتاموگرام چرخه‌ای الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی و آنزیم در بافر فسفات اشباع از نیتروژن ۲/۰ مولار ۷pH= در سرعت‌های روبش (ν) مختلف به دست آمد. همان گونه که در شکل­های ۳-۹ و ۳-۱۰ملاحظه می­ شود، جریان قله‌های آندی (Ip_a) و کاتدی (Ip_c) الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی، با افزایش سرعت روبش از mV s^-1 ۱۰ تا mV s^-1 ۹۵۰ به طور خطی افزایش یافت. این امر نشان می‌دهد که فرایندهای اکسید و احیا الکترود در هر سه مورد وابسته به سطح است.