双酶基MOF纳米生物传感器的构建及检测性能研究

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基于金属有机框架(Metal organic Frameworks,MOFs)纳米材料构建比色法生物传感器,实现对目标物质的快速、准确和灵敏检测是当今研究的热点内容。本文从设计构建中空的MOFs微囊和磁性核壳结构的MOF基纳米酶(MOF-based nanozymes,MOFzymes)出发,利用合理方式固定化酶构建比色法生物传感器,不仅能保证检测结果的准确性和灵敏度,还能实现传感器的重复利用,对于拓展比色法生物传感器的应用范围具有重要意义。本论文的具体研究工作主要有以下两个方面:(1)通过蛋白质激发的软模板法制备中空结构的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8),同时将葡萄糖氧化酶(GOx)和辣根过氧化物酶(HRP)分别包埋于中空ZIF-8囊壁和空腔中,形成纳米复合物(HRP@H-ZIF-8-GOx)。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和激光扫描共聚焦显微镜(Confocal laser scanning microscopy,CLSM)等表征手段,确定HRP@H-ZIF-8-GOx的形貌、结构和两种酶的分布情况。对比在中空ZIF-8上不同位置固定化GOx和HRP对催化葡萄糖和2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)级联反应的影响,结果表明HRP@H-ZIF-8-GOx更有利于级联反应的进行。HRP@H-ZIF-8-GOx的温度适应性、热稳定性、机械稳定性和储藏稳定性均优于共固定化体系。并考察基于HRP@H-ZIF-8-GOx的比色法对葡萄糖和苯酚的检测性能。结果表明,HRP@H-ZIF-8-GOx在葡萄糖检测中的线性响应范围为0至1500μM,检测限(LOD)为0.4457μM,且表现出良好的选择性和抗干扰能力。利用HRP@H-ZIF-8-GOx测定水溶液中苯酚的含量,线性响应范围为0至100μM,LOD为0.8600μM。(2)制备磁性Fe3O4纳米粒子,在其表面涂覆具有类漆酶催化活性的Cu2+和鸟苷酸(GMP)配位形成的MOF(Cu/GMP),并在涂覆过程中将GOx包埋于Cu/GMP中,成功构建了生物酶-MOFzyme纳米生物级联催化剂(Fe3O4@Cu/GMP-GOx)。通过SEM、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X射线光电子能谱技术(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等表征确定纳米复合物的形貌和元素组成情况。探究了Fe3O4@Cu/GMP-GOx催化级联反应的机理。与游离GOx&HRP和游离漆酶相比,Fe3O4@Cu/GMP和Fe3O4@Cu/GMP-GOx表现出更好的热稳定性、机械稳定性和储藏稳定性。考察了Fe3O4@Cu/GMP-GOx对葡萄糖和熊果苷的检测性能。结果表明,Fe3O4@Cu/GMP-GOx在葡萄糖检测中的线性响应范围为0至800μM,LOD为5.516μM,且表现出选择性好、抗干扰能力强的特点。比色法检测熊果苷时,当熊果苷的浓度在0至60μM和100至400μM范围内,吸光度和熊果苷浓度线性相关,检测限为0.7660μM。
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