香菇多糖稳定的贵金属纳米粒子的仿生酶和检测性能研究

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贵金属纳米材料由于其制备简单以及具有独特的催化、光学、电子等相关性能,广泛应用于仿生酶催化检测领域。但是,目前制备出绿色环保同时能发挥优异催化性能的贵金属纳米材料还是具有相当大的挑战。因此,需要找到一种方法制备出粒径均一且具备高度生物相容性的纳米材料,这对于贵金属纳米材料在生物催化检测领域的应用具有重要意义。本研究以四氯钯酸钠和四氯铂酸钾为金属前驱体溶液,以香菇多糖为绿色还原剂和稳定剂合成了三种贵金属纳米材料,分别为钯纳米颗粒,铂纳米团簇以及钯铂纳米树突状颗粒,并对其进行一系列结构与性能表征,基于贵金属纳米材料的仿生酶特性检测了实际样品中过氧化氢、葡萄糖、半胱氨酸分子的含量。主要内容和结论如下:以香菇多糖作为生物模板制备出粒径为2.35±0.57 nm的钯纳米颗粒和1.20±0.29nm的铂纳米团簇。通过XPS证明了C、O、Pd、Pt元素的存在和价态,并利用DLS测定了不同环境下的钯纳米颗粒与铂纳米团簇具备良好的溶液稳定性。酶活性实验证明出以香菇多糖为模板制备的铂纳米团簇相比铂纳米颗粒具有更高的仿生过氧化物酶活性。催化动力学实验中得出钯纳米颗粒与铂纳米团簇针对底物四甲基联苯胺(TMB)的米氏常数分别为3.0 m M和0.584 m M。为了更好地提高催化反应活性,经优化实验后最终确定钯纳米颗粒最适催化反应温度为30℃,最适p H为4;铂纳米团簇最适催化反应温度为40℃,最适p H为4。另外,通过MTT法测得与以香菇多糖为模板制备的这两种贵金属纳米材料共孵育的细胞存活率均在90%以上,证明它们都具有较好的生物相容性。最终,上述纳米材料应用于细胞中的过氧化氢含量和血清中葡萄糖含量的检测,检测限分别为4.714μM和1.79μM。为了开发出更多仿生酶活性的贵金属纳米材料,进一步利用香菇多糖制备了一系列钯铂纳米颗粒,并通过调控钯铂金属摩尔比例为1:3时制备出钯铂纳米树突状颗粒,其粒径为10.76±1.82 nm。该纳米颗粒形貌特殊且分散均匀。通过XPS、EDS、XRD分析了其元素组成为C、O、Pd、Pt,表面含有四种晶面分别为(111)、(200)、(220)、(311)。接下来,利用DLS测定了不同环境下该材料的水动力学粒径均值为25.7 nm。而酶活性验证实验得出钯铂纳米树突状颗粒相比钯或铂纳米颗粒具有更好的仿生氧化酶活性。催化动力学实验得出钯铂纳米树突状颗粒针对底物TMB的米氏常数为0.263 m M。为了更好地提高催化反应活性,经优化实验后最终确定钯铂纳米树突状颗粒最适催化反应温度为40℃,最适p H为4。最终,利用该纳米材料建立了检测半胱氨酸的标准曲线,线性范围和检测限分别为0-200μM和3.099μM,并成功运用于牛奶中半胱氨酸含量的检测。上述研究结果证实香菇多糖是一种理想的生物模板,不仅能够简单制备出稳定的贵金属纳米颗粒,更能够有效改善其生物相容性,便于拓展其在生物医学领域催化检测方面的研究,为一些人体生理疾病的诊断奠定基础。
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