基于核酸配位聚合物纳米粒子的农药传感及分子逻辑门研究

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人工酶作为仿生化学的一个分支,在很多研究领域已经引起了高度关注,科研工作者已经使用各种各样的材料去模拟自然酶的催化活性。核苷酸由于具有极好的金属结合能力,可以作为配体和金属离子配位,形成配位聚合物。为了利用这些独特的化学和生物学性质,核苷酸配位材料被大量研究,被应用于制备水凝胶,纳米粒子和金属有机骨架材料等方面,也被用于去构建逻辑门。核苷酸配位材料具有的模拟酶性质使得其被应用到各种需要自然酶参与的研究领域。本文利用二价铜离子(Cu2+)和单磷酸鸟苷(GMP)之间的配位作用,形成一种新颖的配位聚合物纳米粒子(Cu-GMP CPNs),实现了葡萄糖及农药的灵敏检测,并将其应用到自纠错逻辑门的构建。  基于Cu2+和GMP之间的配位作用,合成了一种新颖的金属配位聚合物纳米粒子Cu-GMP CPNs。由于Cu2+是一种常见的芬顿试剂,初合成的Cu-GMP CPNs在酸性和中性pH条件下都具有极好的类过氧化物酶活性,基于此构建了一个灵敏和免标记的用于H2O2和葡萄糖的检测的比色方法,对H2O2和葡萄糖的检测限分别为6.0 μM和8.0 μM。同时对葡萄糖检测具有较好的选择性,能从其类似物中区分出葡萄糖。  基于Cu-GMP CPNs建立了一种用于农药残留比色传感检测的新方法,当乙酰胆碱酯酶(AChE)存在时,其催化水解硫代乙酰胆碱生成硫代胆碱,随后硫代胆碱与Cu-GMP CPNs发生作用,破坏Cu-GMP CPNs本身的结构,使其不再具有模拟酶功能,不能催化TMB产生紫外特征吸收信号;当有氨基甲酸酯类农药存在时,酶AChE活性被抑制,使其无法催化分解硫代乙酰胆碱或催化能力大大降低,不会破坏Cu-GMP CPNs的结构,不影响其模拟酶功能,可催化TMB产生紫外信号,由此可实现对农药的可视化灵敏检测。最后将其成功地用于实际样品中农药残留的检测。因此,该策略可以实现简单、方便的农药检测。  基于Cu-GMP CPNs不溶于水的特性及其具有的类过氧化物酶活性,我们构建了一系列双信号输出且具备自纠错功能的分子逻辑门,也就是在H2O2-TMB体系里面,生成的沉淀和蓝颜色改变同时作为中间输出,然后它们之间结合成“AND”模式去产生最终的信号输出结果。本章中构建了AND,OR,NOR,INHIBIT 和XNOR逻辑门,它们具有的抵制干扰物质错误信号自校正的能力,在干扰物质如HRP存在的情况下得到证实。因此,我们提出的这个用于分子逻辑门构建的策略是一个新颖的有前途的方法,同时对于发展具有自校正功能的分子逻辑门做好准备。
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