含鐵(Ⅲ)納米材料的模擬酶活性研究及其分析應(yīng)用.pdf

1、生物酶具有高催化活性和特異性，但由于提取困難、純化復(fù)雜、穩(wěn)定性差、需要溫和的反應(yīng)條件等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其應(yīng)用受到限制。納米材料因具備獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，與生物酶的尺寸、形狀、催化活性等具有相似性而被廣泛研究。近年來對(duì)碳納米材料、金屬納米粒子和金屬氧化物納米粒子等納米模擬酶的研究越來越多。金屬有機(jī)框架化合物(MOFs)和層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)都具有金屬離子可調(diào)，配合物或陰離子可改變的性質(zhì)。此外，未配位飽和的金屬離子是催化反應(yīng)的活性中心，

2、而Fe(Ⅲ)的催化活性是金屬離子中較為突出的。因此，本文對(duì)近年來納米材料模擬酶和提高納米材料催化活性的方法進(jìn)行了總結(jié)；對(duì)含鐵的 MOFs和LDHs的模擬酶活性進(jìn)行了研究，并以化學(xué)發(fā)光法和比色法兩種手段建立了快速靈敏地檢測(cè)H2O2和葡萄糖濃度的分析方法。
　　首先，本文利用含鐵的金屬有機(jī)框架化合物(MOFs)，即 MIL-53(Fe)大幅度增強(qiáng)了luminol-H2O2體系在堿性反應(yīng)條件下的化學(xué)發(fā)光，其強(qiáng)度是luminol-H2O2

3、體系的20倍。XRD證明MIL-53(Fe)反應(yīng)前后的XRD形態(tài)沒有發(fā)生變化。通過對(duì)該化學(xué)發(fā)光增強(qiáng)體系的發(fā)光強(qiáng)度，熒光波譜和活性氧自由基的捕獲實(shí)驗(yàn)等的分析，結(jié)果表明 MIL-53(Fe)在MIL-53(Fe)-luminol-H2O2體系中扮演催化劑的角色且具有較好的穩(wěn)定性，化學(xué)發(fā)光增強(qiáng)的原因可能是體系中生成了大量的O2 -和 OH等活性自由基。結(jié)合葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖產(chǎn)生H2O2的反應(yīng)，我們建立了一種靈敏的、高選擇性的檢測(cè)葡萄糖

4、的方法?；瘜W(xué)發(fā)光強(qiáng)度的對(duì)數(shù)值和葡萄糖濃度的對(duì)數(shù)值之間存在良好的線性關(guān)系，線性范圍為0.1-10μM，檢出限為0.05μM。該方法在檢測(cè)血清中葡萄糖濃度時(shí)得到了令人滿意的結(jié)果。
　　其次，本文還發(fā)現(xiàn)花球狀CoFe LDH對(duì)luminol-H2O2體系和luminol體系的化學(xué)發(fā)光都有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度分別增強(qiáng)了180倍和14倍。機(jī)理研究表明，luminol-H2O2-CoFe LDH體系生成了大量的 OH和O2 -；lum

5、inol-CoFe LDH體系中只生成了大量的O2 -?；钚匝踔虚g體自由基與luminol反應(yīng)，促進(jìn)了化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的增強(qiáng)。基于CoFe-LDH對(duì)luminol-H2O2體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的增強(qiáng)效應(yīng)，本文建立了一種快速簡(jiǎn)單靈敏的測(cè)定H2O2和葡萄糖濃度的方法。對(duì)H2O2的線性范圍為0.01-3μM，檢出限為5 nM；對(duì)葡萄糖的線性范圍為0.07-3μM，檢出限為50 nM。我們還利用抗壞血酸清除O2 -抑制luminol-CoFe LDH體

6、系化學(xué)發(fā)光的原理，建立了快速測(cè)定抗壞血酸的化學(xué)發(fā)光分析方法。
　　最后，我們考慮到納米材料的形貌會(huì)對(duì)其催化活性產(chǎn)生影響。因此，本文還制備了納米片、納米卷和納米花三種不同形貌的NiFe LDH，并對(duì)它們的過氧化物模擬酶活性進(jìn)行了研究。經(jīng)SEM、XRD、紅外光譜和熱重分析等表征手段證明三種不同形貌的NiFe LDH被成功制備。相比于NiFe LDH納米片和納米卷，檸檬酸鈉插入的花球狀t-NiFe-LDH-SC(0.4)具有更高的過氧化

7、物模擬酶活性；同時(shí)花球狀的t-NiFe-LDH-SC(0.4)具有對(duì)H2O2最高的親和力和對(duì)3.3′,5.5′-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)有最大的反應(yīng)速率。與已有的納米材料模擬酶相比，t-NiFe-LDH-SC(0.4)也表現(xiàn)出對(duì)H2O2非常高的親和力。檸檬酸鈉的插入為催化反應(yīng)提供了更多的結(jié)合位點(diǎn)和催化位點(diǎn)。t-NiFe-LDH-SC(0.4)催化TMB-H2O2的顯色反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)符合米氏動(dòng)力學(xué)，反應(yīng)機(jī)理遵循乒乓機(jī)理?；诨ㄇ驙顃-NiFe