纳米酶基比色传感器在疾病标识物检测中的应用

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lizhiguo518
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目的:随着人们对自身健康问题的日益关注,疾病的早期预防与诊断受到了越来越多的重视。疾病标识物作为特定生理病理状态下的“分子标志”,其在体液中(尿液、血清、组织提取液等)的异常表达往往与多种人类疾病密切相关。因此,开发一种简单、快速、准确的疾病标识物检测方法在疾病的预防、诊断和治疗方面具有重要意义。相比于目前临床复杂并且昂贵的检测方法,比色法因为其操作简单方便、选择性好、灵敏度高、可实时监测以及响应时间快等优点备受关注。随着纳米技术的快速发展,具有模拟酶活性的纳米材料(纳米酶)因其催化性高、稳定性好、成本低以及易于回收等优点在疾病诊断和治疗方面也焕发出新的生机。基于此,本研究将结合比色法以及纳米酶的优势,构建基于纳米酶的比色传感器,实现对疾病相关标识物的检测。方法:通过一步水热法制备多种结构稳定的纳米材料,以3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物,对所合成纳米材料的模拟酶活性进行研究;采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对所合成纳米材料进行形貌、晶型、元素价态等方面的分析;通过检测反应过程中产生的自由基或者电子转移,确定催化机制属于芬顿机理还是电子转移机制,或者其它待发现的新机理;利用还原性小分子对TMB催化氧化的抑制作用,实现对它们的比色检测。结果:在本文中,构建了两种基于纳米酶的比色传感器,实现了对H2O2以及谷胱甘肽(GSH)等疾病相关小分子的检测。主要研究结果分为以下两个部分:(1)Co掺杂Mo S2纳米片的原位合成及其在H2O2检测中的应用在这项研究中,报告了一种简便的原位水热法制备各种超薄过渡金属(Fe、Cu、Co、Mn和Ni)掺杂的Mo S2纳米片。通过密度泛函理论(DFT)和稳态动力学分析,在这些纳米片中,Co掺杂的Mo S2(Co-Mo S2)表现出最高的类过氧化物酶(POD)催化活性。此外,基于Co-Mo S2能够将无色TMB氧化为蓝色产物(ox TMB)的催化反应,提出了一种典型的H2O2的比色法。所提出的比色法在极端条件下表现出良好的耐受性,可以在0.0005~25 mmol L-1的宽线性范围内测定H2O2。在实际应用方面,对Si Ha细胞产生的H2O2也进行了原位检测,充分证实了所提方法在生物传感领域的巨大实用性。(2)中性条件下仅具有类POD活性的花状Ni V2O6对GSH的选择性检测在这项研究中,我们合成了花状Ni V2O6纳米材料,并研究了其类酶的活性。通过调节反应体系的p H值,Ni V2O6纳米酶在中性条件下只表现出类POD活性,而没有类氧化酶(OXD)活性,从而在H2O2存在的情况下可以催化无色的TMB氧化成其蓝色产物。基于GSH对纳米酶催化活性的抑制作用,利用Ni V2O6的类POD活性建立了一种半定量/定量的比色法来检测GSH。该检测方法在GSH浓度为3~100μmol L-1的范围内表现出良好的线性关系,检测限(LOD)为0.89μmol L-1。此外,在有甲醛作为掩蔽剂的情况下,该方法在多种干扰物质甚至是生物硫醇的存在下,对GSH显示出令人满意的特异性。在实际应用方面,该系统被应用于监测胎牛血清、人血清和Si Ha细胞中的GSH水平。令人满意的是,所获得的结果与超高效液相色谱法(UPLC)和检测试剂盒的结果基本一致,表明所构建的检测方法在临床应用方面具有很大的潜力。结论:研究表明,通过一步水热法合成的两种纳米材料都表现出优异的类POD活性,能够在H2O2的存在下催化TMB的氧化变色。基于H2O2在比色体系中的重要作用以及GSH对比色体系的还原作用,实现了从标准品到实际样品的比色检测,并且表现出操作简单、选择性好、灵敏度高、可实时监测以及响应时间快等优点。这种利用纳米酶类POD活性的新型比色传感策略将在生物医学传感和生物医学领域带来广阔的应用前景。
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