铜单宁酸和铁单宁酸纳米片的制备及其在生物传感与抗菌中的应用

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天然酶具有良好的催化性能和底物特异性,参与了所有的生物过程,因其特有的生物催化特性,在生物医学领域引起了广泛的研究兴趣。纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶。与天然酶或者传统的模拟酶相比,纳米酶有着易于制备、成本低、稳定性高等优点,引起了人们的广泛关注。近年来,基于纳米材料的人工酶在生物传感、光催化、能源、生物医学、环境和生物等领域引起了越来越多的关注和兴趣。本文基于具有过氧化物酶活性和氧化酶活性的金属单宁酸二维纳米片,建立了一系列用于生物分子分析的传感方法和抗菌应用,包括以下三个方面:1.基于具有过氧化物酶活性的铜单宁酸纳米片,我们开发了一种新型的过氧化氢和葡萄糖比色生物传感器。以铜离子和单宁酸为原料制备了具有过氧化物酶活性的铜/单宁酸纳米片(CuTA),在H2O2的催化下催化3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)的氧化反应。基于其过氧化物酶的性质,设计了一种用于检测过氧化氢和葡萄糖的比色传感平台。该方法对H2O2检测的线性范围为1~2000μM,检出限为1 μM。在此基础上,通过模拟过氧化物酶和葡萄糖氧化酶(GOD)的级联反应,铜/单宁酸纳米片即可用于葡萄糖的检测。该方法对葡萄糖检测的线性范围为5~500 μM,检出限为5 μM。该策略对葡萄糖检测具有良好的选择性。相关结果将为扩展铜/单宁酸纳米片纳米酶在生物、分析、环境领域中的应用奠定基础。2.基于铜/单宁酸纳米片(CuTA)模拟过氧化物酶活性,构建出一种针对抗坏血酸和α-葡萄糖苷酶(α-Glu)的高灵敏度荧光检测方法。铜单宁纳米片可以催化过氧化氢产生羟基自由基(·OH)。对苯二甲酸可被羟基自由基氧化,形成高荧光的2-羟基对苯二甲酸。基于抗坏血酸对铜/单宁酸纳米片催化活性的抑制作用,建立了荧光传感体系用于快速抗坏血酸检测,检测范围为1~1000 μM,检测限为0.32 μM,2-O-α-D-吡喃葡萄糖苷-L-抗坏血酸(AAG)在α-葡萄糖苷酶的水解作用下生成抗坏血酸,基于此实现了对α-葡萄糖苷酶活性的定量检测,α-葡萄糖苷酶的浓度在0.1~5 U/mL范围内与体系的荧光强度呈良好的线性关系,检出限为0.031 U/mL。该荧光策略成功应用于血清中α-葡萄糖苷酶的测定,结果令人满意。该方法在临床诊断、生物或药物分析等领域具有良好的应用前景。3.由于抗生素耐药性的迅速出现,细菌感染引起了很大的公共卫生问题。人工合成纳米酶可提高细菌系统中活性氧(ROS)水平,已成为研究热点。在此,我们设计和制备了具有过氧化物酶和氧化酶活性的铁单宁酸纳米片(FeTA)。其抗菌机制为过氧化物酶样活性和氧化酶活性的FeTA纳米片产生丰富的·OH自由基。此外,该纳米酶对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aure)也具有高效的抗菌活性。这项工作为纳米酶在未来的生物医学应用的设计和开发提供了一个有前景的策略。本研究为今后协同抗菌的应用提供了一个潜在的平台。
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