基于納米微粒模擬酶的光分析方法構建及其應用研究.pdf

1、因其催化效率高和反應特異強,天然酶已在不同領域得到了廣泛關注,然而天然酶是一種生物催化劑,它們易受外界環(huán)境的影響而失活。近年來,模擬酶的研究備受人們關注。目前人們已利用卟啉、主體試劑、印跡高分子聚合物、膜體系及配合物等作為模擬酶。納米材料具有表面效應、量子尺寸效應、體積效應以及宏觀量子隧道效應等特性,它們已在化學、物理、生物醫(yī)藥、生命科學及環(huán)境保護等領域受到人們的青睞。然而,人們一般認為,無機納米粒子是化學和生物惰性物質,其催化活性一直

2、被忽視。自2007年閻錫蘊研究小組發(fā)現四氧化三鐵納米粒子具有過氧化物模擬酶特性以來,各種納米材料,如氧化物納米微粒、碳基納米材料、單金屬納米微粒和雙金屬復合納米材料已被發(fā)現具有模擬酶特性。已有研究表明,納米微粒是一種敏感型材料,人們可以選擇不同的合成方法來獲得不同組成和不同形貌的納米微粒以滿足特定的催化目的。為此,本文基于基于鐵氧體磁性納米微粒、碳點和CeO2 NPs的過氧化物模擬酶特性構建了H2O2光分析法。論文共分為七章:
　

3、　 第一章:綜述了模擬酶的研究進展。
　　 第二章:以H2O2—魯米諾化學發(fā)光反應為模型體系,研究了CoFe2O4、CuFe2O4、γ-Fe2O3、MnFe2O4、NiFe2O4前驅體和MgFe2O4前驅體等6種鐵氧體磁性納米微粒的過氧化物模擬酶特性,并與辣根過氧化物酶(HRP)進行比較。結果表明:(I)與HRP類似,6種鐵氧體磁性納米微粒均能夠催化H2O2氧化魯米諾產生增強化學發(fā)光,其催化活性依賴于pH值、溫度以及底物(H2

4、O2)濃度,表明本研究所使用的鐵氧體磁性納米微粒具有過氧化物模擬酶特性;(ii)以H2O2為底物的表觀米氏常數(Km)從小到大依次為CoFe2O4＜γ-Fe2O3＜NiFe2O4前驅體＜CuFe2O4＜MnFe2O4＜MgFe2O4前驅體,均大于HRP的Km值;(iii)基于鐵氧體磁性納米微粒的過氧化物模擬酶比HRP具有更佳的pH及溫度耐受能力。
　　 第三章:本章以CoFe2O4納米微粒催化H2O2-魯米諾化學發(fā)光體系為例構建

5、了測定H2O2的新方法。在最佳實驗條件下,方法的線性范圍為0.1-10μM,檢測限為10 nM。該法己成功用于水樣中H2O2和血清中葡萄糖的測定。這種基于CoFe2O4納米微粒的過氧化物模擬酶在環(huán)境分析、生物分析和化學發(fā)光分析等領域將具有巨大的應用潛力。
　　 第四章:基于CoFe2O4納米微粒的過氧化物模擬酶固載于溶膠凝膠基質中構建了一種新型化學發(fā)光流通式H2O2生物傳感器。將溶膠凝膠固載的CoFe2O4納米微粒填充于玻璃管(

6、I.d.40 mm×3 mm)作為化學發(fā)光流通池(感應元件)。CoFe2O4納米微粒催化H2O2氧化魯米諾化學發(fā)光反應。當魯米諾和H2O2經過化學發(fā)光流通池時,H2O2被識別,CoFe2O4納米微粒催化H2O2-魯米諾體系產生強烈的化學發(fā)光。利用流動注射系統(tǒng)仔細研究了該H2O2生物傳感器的主要參數,如發(fā)光動力學參數、檢測限、響應線性范圍、重現性、運行和儲存穩(wěn)定性。在最佳實驗條件下,化學發(fā)光響應與H2O2濃度在0.01-10μM范圍內呈良

7、好的線性關系,檢測限(3σ)為3.2 nM。該傳感器具有出很高的重現性、穩(wěn)定性和抗惡劣環(huán)境能力等優(yōu)點。該傳感器已經被成功應用于測定雨水中的H2O2。當把葡萄糖氧化酶固定于進樣環(huán)與H2O2傳感器聯(lián)用,結合停留技術,可實現對血樣中葡萄糖的測定。
　　 第五章:利用組織酶(菠菜葉中的草酸氧化酶)和基于CoFe2O4納米微粒的過氧化物模擬酶構建了一種草酸化學發(fā)光流通式生物傳感器。菠菜葉和CoFe2O4納米微粒分別作為分子識別單元和過氧化

8、物模擬酶,在組織識別柱中草酸氧化酶催化溶解氧氧化草酸生成的H2O2進而與魯米諾反應,在CoFe2O4納米微粒(過氧化物模擬酶)的催化下產生強烈化學發(fā)光。詳細考察了化學發(fā)條件、組織柱識別條件以及傳感器的穩(wěn)定性和壽命。實驗結果表明,在過氧化物模擬酶的催化下,該生物傳感器的靈敏度得到大大提高。在最佳實驗條件下,化學發(fā)光強度與草酸的濃度在1.0×10-8-1.0×10-4 M內呈正比,檢出限(3σ)為3.2 nM。對1.0μM草酸進行11次平行

9、測定,其RSD為2.9％。該傳感器已經成功應用于尿樣中草酸含量的測定。
　　 第六章:制各了一種穩(wěn)定性高和分散性好的碳點,并研究了其過氧化物模擬酶特性。碳點對H2O2氧化3,3’,5,5-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)表現出良好的催化活性。與天然辣根過氧化物酶(HRP)相似,其催化特性受溫度、pH和H2O2濃度的影響。實驗結果表明,在溫度為35℃、pH為3.5和H2O2為300 mM時可獲得最大的催化效果。Michaelis-Mente

10、n動力學研究表明,碳點對TMB的Km為0.039 mM小于HRP對TMB的Km(0.155 mM),這說明碳點對TMB的親和力大于HRP對TMB的親和力?；谔键c催化活性對H2O2濃度具有依賴性,構建了一種簡單、靈敏和選擇性高的比色方法測定血樣中葡萄糖含量。同時,研究了碳點的可能催化機理。
　　 第七章:合成了一種穩(wěn)定和水溶性好的聚丙烯酸修飾CeO2 NPs,動態(tài)光散射數據表明該納米微粒水合粒徑為5 nm左右;傅里葉變換紅外光譜

11、結果表明,聚丙烯酸成功修飾于CeO2 NPs表面;XPS光譜表明所合成的納米微粒含有Ce3+和Ce4+兩種價態(tài)存在。該納米微粒能夠催化H2O2氧化3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)發(fā)生顯色反應,表現出過氧化物模擬酶催化活性。其催化機理為TMB和H2O2首先吸附于CeO2 NPs表面,TMB把其氨基上的孤對電子傳遞給CeO2 NPs,進而CeO2 NPs把電子傳遞給其表面的H2O2,H2O2捕獲電子后產生OH和O2-/HO2,這些