新型纳米酶的制备及其应用研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:laoxuslx
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在过去的几十年里,研究人员已将高稳定性、低成本的人造酶作为生物酶的替代物应用于许多领域。近年来,人们发现了一些nanozymes(纳米酶)如铁磁性纳米颗粒、金纳米粒子、富勒烯衍生物、石墨烯衍生物和稀土纳米颗粒具有令人意想不到的模拟生物酶的特性。由于其所具备的这一独特性质使纳米酶在分析化学特别是生命分析化学中的应用研究成为最活跃的领域之一。尽管如此,这一领域仍然面临着许多挑战。例如,与生物酶和有机催化剂相比,大多数纳米酶的催化效率仍然较低;虽然发现了很多纳米材料具有类生物酶的活性,但其类酶活性在实际生活中尚没有得到广泛的应用等。因此,制备高效能的、具有生物酶活性的纳米材料,深入开展其应用研究对生命分析化学、纳米医学、生物技术以及相关领域的发展有着重要的意义。基于此,本论文在前人工作的基础上,围绕具有生物酶活性的新型纳米材料的合成及其实际应用,开展了以下研究:(1)利用共沉淀法在室温下制备了Fe3O4纳米酶,并基于该纳米酶类过氧化物生物酶的催化性能建立了检测A549细胞中GSH和黄河水中儿茶酚的比色新方法。(2)利用一锅法制备了还原型氧化石墨烯-铁酸锌磁性复合纳米材料(rGO-ZnFe2O4)、还原型氧化石墨烯-铁酸钴磁性复合纳米材料(rGO-CoFe2O4)纳米酶,详细探讨了这两种纳米酶的类生物酶活性、催化动力学、催化机理和实际应用。本论文共分为六部分:第一部分:对近年来纳米酶的研究进展进行了总结,重点介绍了纳米酶的类生物酶活性、催化动力学、催化机理和实际应用。第二部分:利用共沉淀法在室温下制备了Fe3O4纳米酶,并基于其类过氧化物酶的性质建立了一种检测GSH的比色新方法。在此方法中,Fe3O4纳米酶可以催化2,2’-azino-bis(3-thylbenzo-thiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS)和H2O2的氧化反应,而GSH会定量消耗与ABTS反应的H2O2使体系吸光度减小,从而可间接检测GSH。本工作对影响该方法灵敏度的各个因素进行了优化。研究结果表明,在最佳实验条件下,该比色法对于GSH的检测线性范围为3.0-30.0μM,检测限为3.0 μM。该比色法操作简单、灵敏度高、重现性好,并已用于A549细胞中GSH的测定。第三部分:利用共沉淀法在室温下制备了Fe304纳米酶,并基于该纳米酶对ABTS与H202反应的催化作用,建立了一种间接测定儿茶酚的可视化新方法。在最佳条件下,该方法的线性范围为1.30 μM-11.70μM,检测限为0.4μM。本工作所建立的可视化方法简单便捷、成本低廉,并且已被成功用于黄河水中儿茶酚的测定。第四部分:利用一锅水热法制备了rGO-ZnFe2O4纳米酶,并首次发现其具有类过氧化物酶的催化活性。本工作还考察了各种因素对rGO-ZnFe2O4类过氧化物酶活性的影响,探讨了其催化反应动力学及其催化机理。研究结果表明,相对于辣根过氧化酶(HPR)和其它的纳米酶,rGO-ZnFe2O4表现出了良好的催化活性、稳定性、可重复利用性。利用rGO-ZnFe2O4的类过氧化物酶活性可以对葡萄糖进行可视化测定,并可以实时监测糖尿病人的尿糖水平。第五部分:利用一锅水热法制备了rGO-CoFe2O4纳米酶,并系统研究了其类过氧化氢酶、类过氧化物酶和类氧化酶的催化性能。本工作还考察了各种因素对rGO-CoFe2O4类酶活性的影响,探讨了其催化反应动力学及其催化机理。研究结果表明,rGO-CoFe2O4纳米酶的催化行为符合米氏动力学方程,催化机理遵循乒乓机制。最后,利用rGO-CoFe2O4的类过氧化物酶的性质建立了检测葡萄糖的比色新方法。第六部分:结论。
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