层状复合材料的制备、表征及其酶催化应用研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuliao2011
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天然酶是一类在温和条件下具有高特异性和高效性的生物催化剂,在生物传感、制药、环境工业、化工,食品加工和分析检测等领域占据重要位置。但由于其制备工艺复杂,操作条件苛刻,成本高和稳定性差的特点限制了其应用。因此,制备稳定高效的模拟酶来克服这些局限性引起了很多研究者的关注。近年来,由于纳米材料模拟酶的稳定性强、设计灵活、合成简单和制备成本低等优点而受到越来越多的关注。2007年首次发现Fe3O4纳米颗粒具有过氧化物类酶活性,随后,纳米材料模拟酶的研究成为了近年来研究的热点之一。鉴于此,本论文主要是开发新的纳米复合材料作为过氧化物模拟酶,通过构建层状复合纳米材料进一步增强模拟酶催化活性及其在比色检测中的应用研究。开展了复合材料的设计制备研究,由于层状复合材料具有大的比表面积,可以提供更多活性位点以达到更佳的催化效果。以纳米花和二硫化钼为前驱体制备复合层状材料,其多孔网络结构纳米片为其他纳米颗粒的良好分散和沉积提供了有利条件。为了进一步提高其催化效果,把层状材料和贵金属(Au、Ag、Pt)进行复合,这样可以更好的提高模拟酶的协同催化效果。然后将制备的材料应用于酶催化体系,该材料能够快速地催化氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)使其产生明显的颜色变化。和天然酶一样,设计的模拟酶催化活性受p H、温度、催化剂的量、TMB的浓度以及过氧化氢(H2O2)浓度等条件的影响。相对于天然酶而言,设计的模拟酶具有制备简单,性质稳定,价格低廉等优点。本论文主要通过制备层状纳米复合材料,并研究其结构、形貌以及组成特点。最后,将该复合材料应用于人类血清中UA的检测,并展现出优异的催化活性。具体研究内容如下:1.基于简单的自组装法制备了由Ag3PO4纳米颗粒(NPs)修饰的三维(3D)层状角蛋白纳米花(keratin-NF@Ag3PO4)。首先利用自然沉降法制备得到keratin-Cu3(PO42·3H2O无机杂化纳米花。然后将制备的keratin-Cu3(PO42·3H2O纳米花浸泡在Ag+溶液中,通过Ag+与Cu3(PO42的阳离子交换作用转化为修饰在keratin-Cu3(PO42·3H2O表面的Ag3PO4NPs。并首次证明其在H2O2存在下对TMB具有较好的催化活性。3D keratin-NF@Ag3PO4较好的催化活性可归因于其具有大的比表面积和多孔结构。此外,尿酸(UA)可使ox TMB还原为TMB,导致溶液蓝色快速退去,对应于652 nm处的紫外可见吸光度迅速下降。在此基础上,提出了一种定量检测UA的方法。2.基于水热法制备了三元复合材料PPy@Mo S2@Au微管,以此来提高其催化活性。首先以Mo O3微米棒为模板制备Mo O3@PPy,再以Mo O3@PPy作为自牺牲模板,通过简单的水热反应制备得到具有层状结构的PPy@Mo S2纳米薄片。考虑到Mo S2的还原能力,在PPy@Mo S2表面利用原位还原法沉积了大量Au NPs,最终形成三元结构的PPy@Mo S2@Au复合材料。并探究了PPy@Mo S2@Au纳米复合材料在H2O2存在下对底物TMB的类酶活性。在此基础上,提出了一种简便可行的比色检测单宁酸(TA)的方法,其检测限低至0.87μM。
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