基于MnO2纳米片光学性质调控的丁酰胆碱酯酶检测方法研究

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丁酰胆碱酯酶(BCh E)是一种非特异性胆碱酯酶,能够水解多种胆碱酯类。BCh E主要在肝脏中合成,随后立即释放到血浆中,因此临床上常把其作为肝功能及多种疾病诊断的标志物,此外血清中BCh E活性还是诊断和预测有机磷中毒的重要指标之一。现存的BCh E活性检测方法多种多样,但其或多或少都存在一定的缺点,如材料合成复杂、易被生物分子干扰、信号不稳定、依赖大型仪器等,这均促使研究人员开发新的检测方法。二氧化锰纳米片(MnO2 NSs)以其优异的物理和化学性质引起了研究者的关注,已被广泛应用于催化、能源、生物传感、生物成像、癌症治疗等领域。尤其是其易于合成、高水溶性和良好的生物相容性的优点,更适用于构建具有优异传感性能的BCh E活性检测新平台。因此,本论文从MnO2 NSs的化学类氧化酶性和物理光学特性着手,通过对材料的光学性能进行巧妙、系统调控,开发了抗干扰、高灵敏、便携的BCh E活性检测新方法,为相关疾病的临床诊断和有机磷中毒的分析提供了技术支持。具体研究内容如下:(1)基于MnO2 NSs对硫量子点(S-dots)和邻苯二胺(OPD)荧光性能的调控,开发了抗干扰的BCh E比率荧光检测法。MnO2 NSs不仅可以猝灭S-dots的蓝色荧光,还可以催化OPD氧化成黄色发光产物2,3-二氨基吩嗪(ox OPD)。将BCh E和碘代硫代丁酰胆碱(BTCh)引入系统后,BCh E把底物BTCh水解为硫代胆碱(TCh),TCh含有的巯基具有还原性可以将MnO2 NSs还原为Mn2+,导致S-dots的蓝色荧光恢复和OPD氧化失败。结果表明:在30~500 U/L范围内,荧光比值F435/F560与BCh E浓度成线性关系,检测限为17.8 U/L。该方法具有出色的抗干扰性,并成功应用于人血清培养基中BCh E检测。(2)基于MnO2 NSs对羟基自由基(·OH)产生过程的调控,构建了高灵敏BCh E检测平台。MnO2 NSs可以把OH-氧化为具有极强得电子能力的·OH,其迅速与对苯二甲酸(PTA)反应生成蓝光2-羟基对苯二甲酸(PTA-OH)。当加入BCh E和BTCh后,产生的丁酸改变了体系的p H导致荧光强度发生变化。该方法用于BCh E活性检测的线性范围为:5~180 U/L,检测限为1.5 U/L。此外,在实际样品检测中该方法也显示出巨大潜力。(3)利用MnO2 NSs对多巴胺(DA)聚合过程的调控,提出了便携的BCh E光热检测策略。随着目标物BCh E和底物BTCh的加入,体系中的TCh和丁酸逐渐增多,MnO2 NSs也逐渐被还原为Mn2+丧失催化DA氧化聚合为具有光热转换特性的聚多巴胺(PDA)的能力,同时创建的酸性环境也抑制了PDA纳米颗粒的形成。这些影响均导致了体系光热转换效率的降低,从而使温度变化较小。利用测温设备记录系统的温度变化发现:在50~500 U/L范围内,温度变化值与BCh E活性成正相关,检测限为40.65 U/L。该方法为开发简单、便携的BCh E活性检测方法提供了思路,具有广阔的临床应用前景。
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