CuCoFe层状氢氧化物仿生漆酶的制备及其在酚类分子检测中的应用研究

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漆酶是众多具有高催化活性的天然酶中的一种,能够催化氧化多种酚类底物,是一种环保的生物催化剂。漆酶在进行催化反应时具有特异性、高的催化常数、以及使用空气中氧分子作为第二底物等一系列优点,因此被广泛应用于食品加工、能源获取、催化降解、疾病治疗等领域。但由于使用成本高、酶活性易随环境条件变化、回收困难、重复使用时酶活性急剧降低、稳定性差不易保存等一系列缺点,漆酶在实际应用中受到很大限制。为了克服漆酶实际使用过程中遭遇的阻碍,设计具有高催化活性、低成本、高稳定性、易回收以及可循环使用的人工催化剂一直是目前研究的重点。纳米酶是能在保证高类酶活性的情况下稳定且可重复使用的人工酶催化剂,是替代天然漆酶最为合适的选择之一。其中,层状氢氧化物(LDH)是一种极具前景的纳米酶材料。它们在具备多种类酶活性的同时具有合成方法简单、制备成本低、生物相容性高、易生物降解、稳定性高、再分离简单和循环使用性等特性,引起人们的广泛关注。基于上述背景,本工作主要研究制备具有类漆酶活性的层状氢氧化物纳米酶,并将其用于催化氧化多种酚类化合物、检测酚类化合物分子含量水平。研究工作内容如下:(1)本工作首先制备了多种类型的层状氢氧化物作为纳米酶。这些层状氢氧化物是通过调整原料中金属盐的种类和比例获得的。然后采用一系列表征手段对制备的纳米酶进行表征。制备的纳米酶均具有LDH典型的层状结构、高的比表面积、高的正电位以及合适的尺寸大小,是作为纳米酶的潜在材料。通过2,4-二氯苯酚(2,4-DP)和4-氨基安替吡啉(4-AP)之间的显色反应验证纳米酶是否具有类漆酶活性。根据一系列验证实验结果判断,CuCoFe LDH纳米酶具有良好的类漆酶活性,可作为漆酶模拟酶使用。(2)通过调节合成层状氢氧化物的前体中金属盐的比例优化CuCoFe LDH纳米酶。对不同含铜量的CuCoFe LDH纳米酶的催化活性进行比较。之后以具有漆酶催化活性的CuCoFe LDH纳米酶为代表,进行了稳态动力学分析并探究了在不同环境条件(例如p H值、温度和离子浓度)影响下其催化活性的变化,验证其是否在恶劣环境下仍具有良好的催化活性。将其与多种酚类化合物混合反应,验证其催化氧化酚类物质的能力,之后分离重复使用,验证其循环使用性。最后将其作为催化剂应用于嗜铬细胞瘤标志物肾上腺素的比色法检测,构建嗜铬细胞瘤分子诊断平台。(3)通过将上述制备LDH纳米酶与二维过渡金属碳化物(MXene)结合丝网印刷电极制备电化学传感器。调节LDH纳米酶与MXene的混合比例来优化传感器。对制备的传感器的电化学性能例如电子转移能力、有效活性面积、稳定性等进行了测量。将制备的传感器应用于左旋多巴(L-DOPA)含量的检测,构建帕金森病辅助平台。
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