基于刺激响应性液晶传感平台检测过氧化氢酶

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过氧化氢酶是一种抗氧化酶,能够将H2O2转化为H2O和O2来中和活性氧,在抗氧化应激的防御机制中发挥重要作用。过氧化氢酶被认为是一种重要的生物标志物,其含量的高低可以作为一些相关疾病的诊断或预后指标。现有的用于检测过氧化氢酶的方法主要有比色法、电化学法、荧光法及分光光度法等,这些方法虽然能实现灵敏检测,却往往需要借助大型仪器和复杂的操作,不便于开展现场及时检测。因此,亟需研发成本低廉、简单便携的检测过氧化氢酶的方法。近年来,液晶(LC)生物传感平台具有的构造简单、价格低廉、可设计性强和便携化等特点,在生物分析领域引起了研究者的广泛关注。本论文以4-氰基-4’-戊基联苯(5CB)为传感基底,搭建了刺激响应性液晶传感平台,实现了过氧化氢酶的检测。论文主要包括以下三个部分:第一章主要概述了酶的分类及重要性、过氧化氢酶的重要作用及现有的检测方法,介绍了液晶生物传感平台的原理、分类以及刺激响应性液晶生物传感平台的研究进展,并提出了本论文的构思。第二章设计合成了一种H2O2响应的表面活性剂分子(苯硼酸频哪醇酯的衍生物,PBEC14A)并用来修饰液晶界面,基于PBEC14A对H2O2的响应以及过氧化氢酶对H2O2的特异性酶解作用实现了对过氧化氢酶的特异性检测。H2O2的存在能够破坏表面活性剂所形成的稳定单分子层,导致液晶分子在界面上由垂直锚定变为倾斜锚定,引起由黑暗到明亮的液晶光学形貌变化。而当H2O2被过氧化氢酶特异性水解之后,PBEC14A单分子层得以稳定保持,此时液晶分子的垂直锚定不受影响,液晶的光学形貌仍为黑暗。根据加入过氧化氢酶前后液晶光学形貌的转变,成功实现了检测过氧化酶,计算得到检测限约为5.5 mU/mL。我们使用该策略还成功检测了实际样品人血清中的过氧化氢酶。可见,以H2O2响应的表面活性剂分子构筑的液晶传感平台在相关疾病的早期临床诊断和病理研究方面展现了一定的应用潜力。第三章基于H2O2响应性的ssDNA/CeO2 NMs复合物构筑了液晶传感平台并检测了过氧化氢酶。起初,我们利用十八烷基三甲基溴化铵(OTAB,阳离子表面活性剂)修饰液晶界面,液晶分子呈现垂直排列取向。将ssDNA/CeO2 NMs复合物溶液转移到液晶界面上的时候,液晶分子的排列方式仍呈现垂直,此时液晶呈黑暗的光学形貌;而当存在H2O2的时候,由于它与CeO2 NMs的结合力更强,导致ssDNA被替换下来并释放到溶液中,此时游离的ssDNA在液晶界面上诱导液晶分子呈倾斜排列取向,对应于明亮的液晶光学形貌;而当存在过氧化氢酶的时候,H2O2被特异性酶解,从而使液晶分子依然保持垂直排列,观察到黑暗的液晶光学形貌。据此可以检测过氧化氢酶,检测限可低至1 mU/mL,还实现了实际样品(牛奶和人血清)中过氧化氢酶活性的检测。可以看出,利用H2O2响应性的ssDNA/CeO2 NMs复合物构筑的液晶传感平台在相关人类疾病的诊断和乳制品安全监控方面具有一定的商业前景。
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