纳米氧化铜的过氧化物酶活性及其与葡萄糖氧化酶联合抗菌作用研究

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细菌感染问题越来越严重,由细菌引起的感染危害着人类的健康。目前,抗生素仍然是治疗细菌感染的主要手段,由于抗生素的大量使用,使得细菌产生耐药性的问题愈来愈严重,抗生素的治疗效果越来越差。然而,新批准上市的抗生素却越来越少。为了应对这一问题,寻找新型的抗菌剂迫在眉睫。纳米技术的进步促进了抗菌方式的发展。其中,具有天然酶活性的纳米材料—纳米酶的抗菌活性引起人们的关注。在众多纳米酶中,具有过氧化物酶活性的纳米酶可以催化过氧化氢(H2O2)生成高毒性的羟基自由基(·OH)等活性氧物质来杀死细菌,并且细菌不易对该抗菌方法产生耐药性。基于此,本文合成了具有较好生物相容性的氧化铜-牛血清白蛋白(Cu O-BSA)纳米复合材料,研究该复合物的过氧化物酶活性以及抗菌活性。此外,为了在抗菌领域充分利用Cu O-BSA复合物的过氧化物酶活性,本文还进一步将该复合物与葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOx)联合催化葡萄糖(glucose)进行抗菌。GOx催化glucose能产生葡萄糖酸和H2O2,为Cu O-BSA复合物的抗菌作用提供酸性环境和催化底物。本论文的主要研究内容如下:1.Cu O-BSA纳米酶的合成与抗菌活性研究。以BSA为分散剂,利用水热法合成Cu O-BSA纳米复合材料。通过X-射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)证明合成的材料为Cu O,呈现梭状;通过激光粒度仪(DLS)测定材料的平均粒径为201.2 nm;通过同步热分析仪(TGA)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)证明纳米复合物中存在BSA;利用H2O2/3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(H2O2/TMB)比色体系证明了Cu O-BSA具有过氧化物酶活性;Cu O-BSA催化H2O2氧化TMB反应的最适温度为55°C,最适p H为4;将合成的纳米Cu O-BSA与两种商用纳米Cu O(40 nm和150 nm~250 nm)的过氧化物酶活性进行比较,发现Cu O-BSA复合物的过氧化物酶活性是两种商用纳米Cu O的4倍以上;以TMB和H2O2为底物,研究了基于两者的反应动力学,发现Cu O-BSA对底物TMB的亲和力高于天然辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP);以对苯二甲酸(TA)为探针研究了Cu O-BSA的酶催化机理,结果表明Cu O-BSA酸性条件下催化H2O2产生了大量的·OH;Cu O-BSA联合H2O2的抗菌实验结果表明,100μg/m L的Cu O-BSA催化H2O2在1 h内能杀死96.9%的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)。2.Cu O-BSA纳米复合材料联合GOx催化glucose的级联反应、催化机理和抗菌性能。研究了Cu O-BSA联合GOx催化glucose的反应,结果表明该过程中发生了GOx催化glucose分解以及Cu O-BSA发挥其过氧化物酶活性的级联反应;同样以对TA为探针研究了级联反应过程中的催化机理,实验结果表明该过程中产生了大量的·OH;Cu O-BSA联合GOx催化glucose体系杀菌率达到98.85%。
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