新型金属有机框架纳米酶电化学传感器检测过氧化氢的应用研究

来源 :广东药科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang506079845
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过氧化氢(H2O2)参与生物体内众多生理的过程,其在体内水平的动态平衡,影响着多个信号传导通路和细胞生长调控。生物体内H2O2水平的变化还与生物体生理病理情况密切相关,是许多疾病的检测指标。因此,通过对H2O2的检测研究将有利于进一步了解其与生物体生理病理变化的关联,快速准确地掌握机体的变化,更有利于进行内环境稳态干预和疾病早期诊断。与其他检测方法相比,电化学传感器具有低成本,结构简单,选择性高,灵敏度高,稳定性好等优点,是实现生物样品中活性小分子检测的一项理想技术。而纳米材料的修饰使电化学传感器表现出更加优异的性能,同时,各种新型纳米材料的涌现,也促进了电化学传感器在多种疾病指标检测中应用的发展。在众多的纳米材料中,具有和天然酶相似催化性质的纳米材料被定义为纳米酶,其克服了天然酶易失活和制备困难等不足,在H2O2等小分子的检测中受到青睐。研究发现,部分金属有机框架(MOFs)纳米材料具有拟酶活性,可催化相关的反应,当其修饰在电化学传感器上时,可提高检测的灵敏度。MOFs比表面积大,尺寸和孔径可控,热稳定性优异,进一步增加了其所修饰电化学传感器的优势。因此,本论文基于金属有机框架纳米酶构建了新型的电化学传感器,并研究考察了其在血清样品中检测H2O2和其对细胞释放H2O2的检测应用,主要内容可概括如下:(1)三元金属有机框架材料Ni Co M(M=Cu,Fe,Zn)用于H2O2电化学分析的研究制备了具有不同金属离子的新型金属有机框架材料Ni Co M并对Ni Co M(M=Cu,Fe,Zn)的形貌、电化学行为和对H2O2的电催化作用进行了分析研究。从循环伏安法测定的结果得到,Ni Co和Ni Co M(M=Cu,Fe,Zn)材料修饰电极对H2O2均有明显的响应。其中,Ni Co Fe/GCE对H2O2的循环伏安峰电流值和电流-时间(i-t)曲线响应值均最大,表明其催化效果最佳。随后分别考察了Ni Co Fe的修饰量、扫描速率和电流-时间曲线检测电压等条件对检测的影响。在最佳条件下,Ni Co Fe/GCE对H2O2浓度检测的信号和浓度在5.0-100μM,400-1500μM,1.5-15 m M呈良好线性关系,检测限(LOD,S/N=3)为2.1μM。本方法构建的电极抗干扰性强,重复性、重现性良好,具有优异的稳定性,并成功实现了血清样品中H2O2的检测。(2)基于MOFs衍生物构建用于检测乳腺癌细胞MCF-7释放的H2O2的无酶电化学传感器构建了一种基于MIL-68-NH2(In)衍生物的新型H2O2无酶电化学传感器,用于实时检测药物刺激乳腺癌细胞MCF-7释放的H2O2。实验结果发现,煅烧后得到的MOFs衍生物In2O3具有更大的比表面积,更强的导电性及更好的催化活性,且煅烧3小时得到的In2O3对H2O2的电催化性能最佳。同时,为了进一步提高检测灵敏度,实现细胞水平H2O2的检测,在玻碳电极(GCE)上先修饰了二维二硫化钼(Mo S2)纳米片,以负载更多的MOF材料;在电极滴涂In2O3后,通过电沉积修饰铂纳米颗粒(Pt NPs),以提高电化学传感器的导电性和稳定性。三种材料的联合应用使得传感器对H2O2的检测具有良好的选择性和灵敏度。在最佳条件下,该传感器对H2O2的浓度检测线性范围为10.0 n M-18.3 m M,检出限为6.3 n M(S/N=3)。此外,构建的电化学传感器成功应用于实时定量乳腺癌细胞MCF-7释放的H2O2。实验结果表明,煅烧后得到的MOF衍生材料在提高传感器实时监测生理过程中产生的疾病标识物检测灵敏度方面具有强大的优势和潜力。
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