新型过氧化物模拟酶的开发及其在生物比色传感器中的应用

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纳米酶,作为天然酶替代品目前被广泛研究与应用。与天然酶相比,纳米酶具有许多优势,如:易于批量生产、稳定性高、催化活性可调节和可回收利用等。其中过氧化物模拟酶广泛应用于生物传感分析和疾病治疗等多个领域。特别是与一些识别元件(天然酶、抗体和DNA等)结合,具有特异性识别目标物和放大分析信号的优点,为开发新型生物传感器提供了广阔的平台。目前,原位形成的纳米酶的出现为构建新型生物传感器提供了新视角。然而,原位过氧化物模拟酶的产生受制于酶促反应并且局限于免疫分析或酶检测,对于其他生物反应介导以构建多样化原位形成的过氧化物模拟酶生物传感器的研究还较少。本论文中,主要利用生物反应介导以调节过氧化物模拟酶的自发形成及其催化活性,实现对卡那霉素(KANA)、氯霉素(CAP)以及碱性磷酸酶(ALP)的比色分析。主要研究内容如下:(1)基于适配体-目标物特异性识别作用,诱导带正电介孔二氧化硅(PMSN)释放铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])以原位形成过氧化物模拟酶,结合脱氧核糖核酸酶I(DNase I)介导的目标物循环反应,开发了一种信号放大的通用型适配体传感器。目标物(KANA)存在时,适配体从PMSN表面脱离并释放K3[Fe(CN)6],在DNase I介导的目标物循环反应帮助下,K3[Fe(CN)6]被不断释放。然后,释放的K3[Fe(CN)6]配位到Cu WO4纳米材料表面,在Cu WO4表面自发形成过氧化物模拟酶,催化底物,实现对KANA的定量检测。在0.01-100n M的范围内,吸光度与KANA的浓度之间有良好的线性关系,检测限为3.5 p M。(2)基于脱氧核糖核苷5’-单磷酸(d NMP)调节过氧化物模拟酶的原位形成,结合产生d NMP的λexo介导的催化发夹自组装(CHA)反应,开发了一种信号放大的无标记适配体传感器。由lexo介导的CHA反应产生的d NMP预先结合在Cu3Bi S3纳米棒表面,以阻止亚铁氰化钾(K4[Fe(CN)6])在Cu3Bi S3纳米棒表面原位形成过氧化物模拟酶。而目标物(CAP)存在的情况下,适配体优先结合目标物,难以触发CHA反应和d NMP的产生,进而原位形成过氧化物模拟酶,催化底物,实现对CAP的灵敏检测。在0.1 p M-100 n M的范围内,吸光度与CAP的浓度之间有良好的线性关系,检测限为0.033 p M。(3)基于纳米酶/天然酶的生物级联反应来调节原位过氧化物模拟酶的催化活性,开发了一种海藻酸盐水凝胶与酶级联反应相结合的水凝胶传感器。由(NH4)6Mo7O24·4H2O和K4[Fe(CN)6]在室温下原位形成的过氧化物模拟酶,其活性受到焦磷酸根(PPi)的抑制,可以通过与ALP偶联调控过氧化物模拟酶的催化活性。同时,海藻酸钠与Ca2+结合形成的水凝胶具有纳米级的多孔结构,允许小分子自由通过,阻止生物大分子的进入。在此,我们基于海藻酸盐水凝胶的尺寸筛选功能,结合过氧化物模拟酶/ALP的级联反应,无需对血液进行预处理就能实现对全血中ALP的检测,对ALP检测的线性范围为5-200 U/L,检测限为0.19 U/L。
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