几种过渡金属MOF材料的制备及其过氧化酶活性的研究

来源 :西华师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jxczl900424
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酶(enzyme)指的是由活细胞产生的、对底物具有高度特异性和催化效果的蛋白质或者RNA。近年来,许多研究者们努力的开发出稳定性好、易于储存、成本低廉的人工模拟酶来替代天然酶,越来越多的纳米材料被证明具有酶催化活性而被应用到许多方面。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一种新型的材料。由于它们的表面积大,有着较为丰富的活性位点以及可以设计的结构等一系列的优点,使得它们非常适合成为人工模拟酶优秀的候选者。所以我们可以将MOFs作为一种模拟过氧化物酶材料,进而开发出简单并且快速用于比色检测过氧化氢或者葡萄糖的方法。如若成功,此方法可能在生物测定和医学诊断等领域有着广阔的应用前景。本论文采用简单的水热法合成了Zn-MOF、Cu-MOF、Fe-MOF、Co-MOF、Ni-MOF材料,并用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)等技术手段对材料进行了表征。然后研究了所制备材料的酶催化活性、动力学、最适反应条件以及比色检测方面的应用,主要研究结果如下:1、采用简单的水热法在不同温度下分别制备合成Zn-MOF材料,通过一系列的手段对合成的Zn-MOF材料进行了表征。通过模拟过氧化物酶实验可以发现,在H2O2存在下,Zn-MOF材料可以催化典型的过氧化物酶底物邻苯二胺(OPDA)和3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB),反应后溶液都有明显的显色反应,其中,Zn-MOF(120°C)的酶催化活性最强。接着我们对Zn-MOF(120°C)进行了条件优化实验和动力学实验,基于此,我们建立了一种简单的比色检测H2O2和抗坏血酸的方法,发现具有较好的线性范围和选择性。2、我们采用简单的水热法制备了具有高效类过氧化物酶活性的Cu-MOF材料。在H2O2存在下,合成的Cu-MOF材料可以催化典型的过氧化物酶底物OPDA反应后溶液变为黄色,TMB反应后溶液变为蓝色。采用拟合方程和双倒数作图法计算了Cu-MOF材料分别催化TMB和OPDA的反应动力学参数。结果表明,Cu-MOF材料对底物TMB、OPDA的亲和能力接近天然的辣根过氧化酶。Cu-MOF材料还可以简单地用于H2O2、葡萄糖、抗坏血酸、硫代硫酸钠的比色检测,未来可能在催化、生物传感器和环境监测等领域有着潜在的应用前景。3、为进一步研究过渡金属MOFs材料的过氧化物酶的催化活性,我们选择了第VIII族的元素Fe、Co、Ni用同样的方法制备了Fe-MOF、Co-MOF、Ni-MOF。同样,在H2O2存在下,分别催化了OPDA和TMB,接着对Fe-MOF、Co-MOF、Ni-MOF进行了各自的动力学实验,然后同样的方法对H2O2进行了检测,发现它们同样具有较好的线性范围和选择性。
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