两种新型模拟酶的合成及其催化性能的研究

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天然酶是催化生物体内生物化学反应的必需物质,其大部分组成成分为蛋白质(少数天然酶为RNA),且在各个领域都有应用。但是,由于天然酶的组成成分特性,这使得它很容易因环境条件的变化而导致变性失活。与此同时,由于其高成本的提取和严苛的储存条件,大大限制了其大范围的应用。因此,开发能够在苛刻环境条件下稳定存在的酶模拟物,具有非常重要的价值和前景。因此,在这样的需求条件下,纳米酶应运而生。纳米酶与天然酶相比,在许多方面都具有优势,例如成本低,易于批量生产,稳定性好,耐用性高,能够长期储存等。而且,纳米酶具有结构以及形貌可控的特点,这有利于进一步被修饰或者与生物分子结合。本论文的研究工作主要是合成新的纳米材料或纳米复合材料用于模拟氧化物酶和漆酶,并用于比色和荧光分析检测生物小分子以及降解酚类污染物。主要内容有:1.利用模板法合成Cu-Mn-O微晶,以微哑铃型MnCO3为模板,在合成MnCO3前先掺杂Cu元素,然后在空气中煅烧,制备了一种微哑铃型结构的Cu-Mn-O纳米复合材料。Cu-Mn-O纳米酶具有氧化酶活性,可以使无色底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)氧化,生成蓝色氧化产物,然后再与碳量子点(C-dots)联用,基于荧光内滤效应,氧化的TMB的紫外吸收波长与C-dots的发射波长重叠,导致C-dots的荧光降低,而多巴胺具有还原性,从而使生成的蓝色3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)氧化产物褪色,进而使得C-dots的荧光恢复,从而实现比色和荧光双信号检测多巴胺的目的。该方法在比色法的线性范围为0-75μmol/L,检测限为0.5μmol/L,而荧光法的线性范围为0-100μmol/L,检测限为0.125μmol/L,通过加标回收的方法,将该方法应用于胎牛血清中检测多巴胺,获得了较好的回收率,其回收率范围为94%-106.8%。2.通过水热法合成CoMoO4的前驱体,然后在空气中煅烧进一步合成CoMoO4,再利用浸渍法原位合成CoMoO4-CoO/Cu Ni纳米复合材料。CoMoO4-CoO/CuNi纳米酶具有漆酶样活性,可以催化漆酶底物,例如苯酚、2,4-二氯苯酚等,其氧化产物能够与生色剂(4-AP)反应,生成有色的物质,并在510 nm处具有紫外吸光度。因此,CoMoO4-CoO/CuNi纳米酶可以用于降解酚类污染物,同时应用于检测肾上腺素,其线性范围在5-50μg/mL,检出限为0.379μg/mL。基于CoMoO4-CoO/Cu Ni纳米酶能够模拟漆酶活性的特性,与C-dots联用,根据荧光内滤效应,氧化的苯酚可与4-AP生成有色物质,其紫外吸收波长与C-dots的发射波长重叠,导致C-dots的荧光强度降低,而抗坏血酸具有还原性,使得氧化的苯酚与4-AP的生成物减少,吸光度下降,这使得C-dots的荧光强度随抗坏血酸浓度的增加而上升,从而达到比色和荧光双信号检测抗坏血酸。比色法的线性范围是0-150μmol/L,检出限为11.9μmol/L,荧光法的线性范围是0-95μmol/L,检出限为1.6μmol/L。
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