基于纳米微粒模拟酶的光学传感系统构建及其分析应用

【摘要】天然酶的高效催化活性、专一性强及反应条件温和等特点使其在催化方面具有重要贡献,但天然酶来源有限,容易失活及对光、热、酸和碱敏感,这些缺点使其在实际应用中受到限制。因而,寻找一种具有天然酶的催化活性且来源丰富,价格低廉及对光、热、酸和碱稳定性的材料作为模拟酶成为近年来的研究热点。所谓模拟酶即利用简单的方法合成的具有天然酶催化活性的一类非蛋白质分子的材料。自2007年纳米微粒被报道具有内在的过氧化物模拟酶活性以来,基于纳米微粒模拟酶的研究已受到广泛的关注。如铁磁性纳米微粒、金属及金属氧化物纳米微粒、碳基纳米微粒及纳米复合物等材料已被相继报道具有模拟酶活性。本文合成具有更高催化活性和亲和性的纳米微粒作为模拟酶,并将其用于光学传感体系的构建及应用。1、通过一步法成功的合成壳聚糖稳定的银纳米(Ch-AgNPs),并发现其具有内在的过氧化物模拟酶活性,能在过氧化氢存在下催化酶底物(TMB、OPD、ABTS)产生明显的显色反应。实验证明Ch-AgNPs具有比天然酶(HRP)更高的pH和温度耐受性。电子顺磁共振实验(ESR)揭示了Ch-AgNPs能催化H2O2分解生成羟基自由基(OH)。基于此,我们以3,3’.5,5’-四甲基联苯胺(TMB)为底物,结合葡萄糖氧化酶(GOx),构建了一个简单的、灵敏的、选择性的可视化比色法葡萄糖传感体系。该方法对葡萄糖的检测限可以达到100nM,线性范围为5.0×10-6-2.0×104M。2、在本文中,我们制备了天然的环境友好的生物材料(蛋壳膜)掺杂的四氧化三铁磁性纳米微粒(MCNMs)。材料分别用TEM、XRD、EDX进行了表征,TEM揭示该材料为15-20nm的多分散颗粒,XRD证明了掺杂后磁性纳米微粒的晶型结构依然保持很好,EDX发现该磁性材料中含有C、N及少量S非金属元素,这些元素主要来源于水热处理中蛋壳膜的分解。对磁性纳米的模拟酶活性进行了研究,该纳米微粒不仅具有辣根过氧化物模拟酶活性,还具有超氧化物歧化酶(SOD)活性。同时,掺杂后的磁性纳米微粒不仅保留了原有的磁性而且其催化活性也得到了增强。米氏动力学研究发现,MCNMs对TMB和H2O2具有较小的米氏常数值,表明其对上述两种底物具有较高的亲和力,从而说明掺杂后磁性纳米微粒的模拟酶活性明显得到提高。3、我们通过富勒烯C60与氨基酸原位自发结合的方法合成了甘氨酸-富勒烯衍生物(Gly-C60)。该方法具有制备简单、操作方便及分离快速等优点。Gly-C60展现了内在的过氧化物模拟酶活性,对pH和温度研究表明Gly-C60具有比天然酶更高的pH和温度耐受性,其中在45℃-70℃范围内该模拟酶依然表现较高的催化活性,明显优于天然酶(HRP),这一特性有利于克服酶对温度的敏感性。米氏动力学研究证明Gly-C60具有对H2O2和辣根过氧化物模拟酶底物(TMB)较低的km值和较高的亲和力。我们以TMB为底物,结合葡萄糖氧化酶(GOx),构建了一个简单的、灵敏的、选择性好的可视化比色法葡萄糖传感体系。
【作者】姜欢；
【导师】黄玉明；
【作者基本信息】西南大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】纳米微粒；过氧化物模拟酶；显色分析；

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