贵金属纳米粒子的模拟酶性质及其检测葡萄糖的应用研究

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天然过氧化物酶在催化反应中具有高催化活性和高选择性,是一种重要生物催化剂,广泛应用于各种生化检测中。但是,其存在易失活和价格昂贵等缺点,研发具有类似天然过氧化物酶催化活性的人工模拟酶是解决此问题的办法之一。贵金属纳米粒子能够有效地模拟过氧化物酶的功能和催化氧化过氧化物酶的底物。贵金属纳米粒子的粒径大小和稳定性对其催化性能有明显的影响。因此,粒径小和稳定性高的贵金属纳米粒子具有更好的催化性能。本文选用两种具有还原性的天然多糖(木耳多糖和灵芝多糖)作为生物模板分别制备了多糖稳定的钯纳米粒子和铂纳米粒子,并将它们作为过氧化物模拟酶应用于葡萄糖含量的检测中。具体研究内容如下:(1)利用天然多糖在水溶液中的稳定性和还原性,通过调控木耳多糖和灵芝多糖与贵金属前驱体(四氯钯酸钠和四氯铂酸钾)的比例,制备了贵金属粒径在1-2 nm的木耳多糖-Pd纳米粒子、2-4 nm木耳多糖-Pt纳米粒子、5-6 nm灵芝多糖-Pd纳米粒子以及1-3 nm灵芝多糖-Pt纳米粒子。这些多糖稳定性的贵金属纳米粒子在水溶液中具有良好的稳定性。(2)多糖稳定的贵金属纳米粒子分别能够在过氧化氢(H2O2)存在下催化氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)生成氧化态的蓝色产物(oxTMB),都具有过氧化物酶活性。这些反应的动力学方程均符合米氏方程,木耳多糖-Pd纳米粒子、木耳多糖-Pt纳米粒子以及灵芝多糖-Pt纳米粒子对TMB和H2O2的米氏常数(Km)均比辣根过氧化酶(HPR)小,而灵芝多糖-Pd纳米粒子仅对H2O2的Km比HPR小,对底物比HRP表现出更高的亲和力。这些反应的催化机理均符合乒乓机理。(3)利用多糖稳定性的贵金属纳米粒子催化TMB和葡萄糖氧化酶氧化生成H2O2的反应,分别建立了四种比色检测葡萄糖浓度的方法。利用木耳多糖-Pd纳米粒子建立检测方法的线性范围为0.04-0.9 mM,检测限为10μM;利用木耳多糖-Pt纳米粒子建立检测方法的线性范围为0.04-1 mM,检测限为7μM;利用灵芝多糖-Pd纳米粒子建立检测方法的线性范围为0.04-1 mM,检测限为20μM;利用灵芝多糖-Pt纳米粒子建立检测方法的线性范围为0.1-1 mM,检测限为11μM。这些检测方法成功地应用于检测实际样品中的葡萄糖含量。
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