纳米酶催化活性调控及其分析传感应用

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纳米酶由于其高的稳定性、低的生产成本、好的生物相容性、可循环使用以及与传感底物结合产生良好信号变化等优点,在生物传感、环境处理、疾病诊断和治疗、抗菌剂、对抗细胞内生物分子等众多领域得到了广泛的应用。更为重要的是纳米酶独特的物理化学性质不仅使其具有可调控的催化活性,而且为拓展其分析传感应用提供了更多的可能性。由于大多数纳米酶催化反应主要发生在纳米材料的表面,因此通过合适的纳米酶表面化学调整策略,对纳米酶的催化活性进行调控具有非常重要的意义。基于此,本论文着力于纳米酶催化活性的表面调控,以纳米酶底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)为信号分子,构建了多种适于生命相关物质和环境污染检测的分析传感平台。1.介绍了纳米酶的分类、纳米酶催化活性的调控策略,并对基于纳米酶催化底物TMB的分析传感的研究进展进行了综述。2.通过研究谷胱甘肽(GSH)调控柠檬酸包裹的Pt纳米颗粒(Pt NPs)的表面化学,提出了一种简单构建活性可控纳米酶的策略,并将其成功应用于Cu2+的检测。我们发现具有类氧化物酶活性的Pt NPs可以有效催化O2对底物TMB的氧化,产生典型的颜色变化。GSH可以调控Pt NPs的类氧化物酶活性,从而抑制了O2对TMB的氧化过程。而铜离子(Cu2+)能选择性地氧化GSH生成氧化态谷胱甘肽(GSSG),最终可调节Pt NPs的类氧化物酶活性及对底物TMB的催化反应。此外,由于TMB氧化过程所伴随的良好的荧光、光热效应,我们成功构筑了一种集比色、光热(温度)和荧光于一体的Cu2+三合一传感器。3.通过金铂纳米颗粒(Au@Pt NPs)的表面调控,我们提出了一种协同机制调控Au@Pt NPs纳米酶活性的策略,实现了中性pH条件下纳米酶类过氧化物活性的增强,并成功构建了比色和光热检测Pb2+的传感平台。我们发现Au@Pt NPs在中性条件下催化活性低,而Tris-HCl(pH 7.0)缓冲溶液和Pb2+可以协同调控Au@Pt NPs的类过氧化物酶活性,从而促进底物TMB和H2O2之间的电子转移,产生典型的颜色变化。此外,由于TMB的氧化过程伴随着显著的光热效应,我们成功构筑了比色和光热检测Pb2+的分析传感平台。该策略不仅成功打破了Au@Pt NPs纳米酶在生理pH值条件下催化活性较低的限制,而且有助于拓展纳米酶在生物、医学即时检测分析中的实际应用。
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