納米酶催化活性調(diào)控及其分析傳感應(yīng)用
發(fā)布時間：2021-07-31 16:49
納米酶由于其高的穩(wěn)定性、低的生產(chǎn)成本、好的生物相容性、可循環(huán)使用以及與傳感底物結(jié)合產(chǎn)生良好信號變化等優(yōu)點,在生物傳感、環(huán)境處理、疾病診斷和治療、抗菌劑、對抗細胞內(nèi)生物分子等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。更為重要的是納米酶獨特的物理化學(xué)性質(zhì)不僅使其具有可調(diào)控的催化活性,而且為拓展其分析傳感應(yīng)用提供了更多的可能性。由于大多數(shù)納米酶催化反應(yīng)主要發(fā)生在納米材料的表面,因此通過合適的納米酶表面化學(xué)調(diào)整策略,對納米酶的催化活性進行調(diào)控具有非常重要的意義�；诖�,本論文著力于納米酶催化活性的表面調(diào)控,以納米酶底物3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）為信號分子,構(gòu)建了多種適于生命相關(guān)物質(zhì)和環(huán)境污染檢測的分析傳感平臺。1.介紹了納米酶的分類、納米酶催化活性的調(diào)控策略,并對基于納米酶催化底物TMB的分析傳感的研究進展進行了綜述。2.通過研究谷胱甘肽（GSH）調(diào)控檸檬酸包裹的Pt納米顆粒（Pt NPs）的表面化學(xué),提出了一種簡單構(gòu)建活性可控納米酶的策略,并將其成功應(yīng)用于Cu2+的檢測。我們發(fā)現(xiàn)具有類氧化物酶活性的Pt NPs可以有效催化O2對底物TMB的氧化,產(chǎn)...
【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省
【文章頁數(shù)】：94 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
納米酶催化各類氧化還原反應(yīng)的示意圖：氧化酶，過氧化物酶，超氧化物歧化酶和過氧化氫酶
摘要41.1.2.1尺寸和形貌調(diào)控研究發(fā)現(xiàn)，納米酶的催化性能與尺寸、形貌效應(yīng)密切相關(guān)，因此可以通過可控調(diào)節(jié)納米酶的粒徑大小及形貌，進而調(diào)控納米酶的催化活性。Liu等[48]在相似的反應(yīng)體系下制備了具有不同晶體平面的Fe3O4MNPs納米結(jié)構(gòu)，并研究了其類過氧化物酶模擬催化性能。這些不同晶體結(jié)構(gòu)的Fe3O4MNPs具有不同的比表面積和暴露的晶面，因而表現(xiàn)不同類過氧化物酶活性。按催化活性的強弱排列依次為：球>三角形板>正八面體，其活性的差異主要歸咎于其不同的表面原子排列和比表面積[49]。Li課題組[36]合成了不同尺寸和形貌的雙錐六邊形，八面體以及紡錐體金屬有機框架（MOF）。研究發(fā)現(xiàn)八面體MOF具有很高的穩(wěn)定性，可以在催化反應(yīng)后重新回收利用，但是其類酶活性相對較低。對于紡錘體的MOF，其尺寸大小具有可調(diào)性，即可以從微米尺寸調(diào)整至納米級，因此在進一步研究MOF的尺寸依賴性方面非常有用。雙錐六邊形MOF的裂紋結(jié)構(gòu)大大提高了比表面積，暴露了更多的活性金屬位點，可促進H2O2氧化兩種納米酶底物TMB和ABTS產(chǎn)生藍色的TMBox和綠色的ABTSox。與其他兩種形貌的MOF相比，這種雙錐六邊形結(jié)構(gòu)的MOF具有更高的催化活性和催化效率，優(yōu)良的可降解性、生物相容性和高孔隙率等，使其在生物催化領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。這一研究結(jié)果為納米酶催化活性的調(diào)控提供了有效的依據(jù)（圖1-2）。圖1-2不同形貌的鐵基MOFs的合成路線及不同類過氧化物活性示意圖[36]。Figure1-2Illustrationofthesyntheticroutesforiron-basedMOFswithdifferentshapesandtheirdifferentperoxidase-likeactivities.
摘要51.1.2.2表面修飾調(diào)控基于尺寸、形貌調(diào)控策略通常是需要復(fù)雜的材料合成來改變其固有結(jié)構(gòu)和性質(zhì)來調(diào)節(jié)納米酶活性。與之相比，基于表面修飾調(diào)控策略不僅可以提高納米酶的穩(wěn)定性、催化活性以及生物相容性，而且還能提供特異性的識別元素、官能團、活性位點等[9,50]。因此，表面修飾調(diào)控策略作為一種簡便的調(diào)控策略已經(jīng)引起人們研究的興趣。各種調(diào)控劑（比如：大分子[51,52]、小分子[53-56]、陰陽離子[57-62]等）被用來調(diào)控納米酶的穩(wěn)定性、催化活性、底物特異性、特異性響應(yīng)等。此外，研究發(fā)現(xiàn)可以通過控制涂層的厚度、大小以及修飾基團的種類、堆積密度等改變納米酶的表面性質(zhì)，并證明它們對構(gòu)建活性可控的納米酶具有重要意義。1.1.2.2.1大分子調(diào)控圖1-3基于CoOOH納米薄片的比色傳感器策略示意圖[65]。Figure1-3IllustrationoftheCoOOHnanoflakes-basedcolorimetricsensorstrategy.合適的表面配體能在納米材料的表面保留其天然/特異性功能，從而構(gòu)建目標物的定量和可視化的多功能納米系統(tǒng)。因此，將功能配體與酶活性有機結(jié)合探索生物傳感應(yīng)用已經(jīng)成為納米酶研究的一個有趣方向。DNA作為一種優(yōu)良的生物大分子聚合物，由于其具有確定的序列、可編程的自組裝和特定的堿基配對規(guī)則等特點，因此可以提供多種功能[63]。此外，DNA的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性通過協(xié)調(diào)作用引起了DNA與納米材料在生物納米界面作用。已經(jīng)證明DNA修飾納米粒子不僅可以改變納米材料的天然特性（例如，等離激元耦合，光吸收），而且可以特異性地識別目標分子[52,64]。例如，Li等[65]研究發(fā)現(xiàn)CoOOH納米薄片可以選擇性地吸附單鏈DNA(ssDNA)，而不能吸附雙鏈DNA（dsDNA）。底物TMB和ssDNA可以通過靜電吸引和π-π堆積相互作用，從而拉近TMB和CoOOH納米薄片之間的距
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Shape- and size-dependent catalysis activities of iron-terephthalic acid metal-organic frameworks[J]. Yali Liu,Pengfei Gao,Chengzhi Huang,Yuanfang Li. Science China（Chemistry）. 2015(10)
博士論文
[1]Co3O4納米材料的模擬酶性質(zhì)及其在分析檢測中的應(yīng)用研究[D]. 穆建帥.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
碩士論文
[1]金屬鉑納米顆粒的制備與表征[D]. 李甘.中南民族大學(xué) 2012
本文編號：3313832
【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省
【文章頁數(shù)】：94 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
納米酶催化各類氧化還原反應(yīng)的示意圖：氧化酶，過氧化物酶，超氧化物歧化酶和過氧化氫酶
摘要41.1.2.1尺寸和形貌調(diào)控研究發(fā)現(xiàn)，納米酶的催化性能與尺寸、形貌效應(yīng)密切相關(guān)，因此可以通過可控調(diào)節(jié)納米酶的粒徑大小及形貌，進而調(diào)控納米酶的催化活性。Liu等[48]在相似的反應(yīng)體系下制備了具有不同晶體平面的Fe3O4MNPs納米結(jié)構(gòu)，并研究了其類過氧化物酶模擬催化性能。這些不同晶體結(jié)構(gòu)的Fe3O4MNPs具有不同的比表面積和暴露的晶面，因而表現(xiàn)不同類過氧化物酶活性。按催化活性的強弱排列依次為：球>三角形板>正八面體，其活性的差異主要歸咎于其不同的表面原子排列和比表面積[49]。Li課題組[36]合成了不同尺寸和形貌的雙錐六邊形，八面體以及紡錐體金屬有機框架（MOF）。研究發(fā)現(xiàn)八面體MOF具有很高的穩(wěn)定性，可以在催化反應(yīng)后重新回收利用，但是其類酶活性相對較低。對于紡錘體的MOF，其尺寸大小具有可調(diào)性，即可以從微米尺寸調(diào)整至納米級，因此在進一步研究MOF的尺寸依賴性方面非常有用。雙錐六邊形MOF的裂紋結(jié)構(gòu)大大提高了比表面積，暴露了更多的活性金屬位點，可促進H2O2氧化兩種納米酶底物TMB和ABTS產(chǎn)生藍色的TMBox和綠色的ABTSox。與其他兩種形貌的MOF相比，這種雙錐六邊形結(jié)構(gòu)的MOF具有更高的催化活性和催化效率，優(yōu)良的可降解性、生物相容性和高孔隙率等，使其在生物催化領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。這一研究結(jié)果為納米酶催化活性的調(diào)控提供了有效的依據(jù)（圖1-2）。圖1-2不同形貌的鐵基MOFs的合成路線及不同類過氧化物活性示意圖[36]。Figure1-2Illustrationofthesyntheticroutesforiron-basedMOFswithdifferentshapesandtheirdifferentperoxidase-likeactivities.
摘要51.1.2.2表面修飾調(diào)控基于尺寸、形貌調(diào)控策略通常是需要復(fù)雜的材料合成來改變其固有結(jié)構(gòu)和性質(zhì)來調(diào)節(jié)納米酶活性。與之相比，基于表面修飾調(diào)控策略不僅可以提高納米酶的穩(wěn)定性、催化活性以及生物相容性，而且還能提供特異性的識別元素、官能團、活性位點等[9,50]。因此，表面修飾調(diào)控策略作為一種簡便的調(diào)控策略已經(jīng)引起人們研究的興趣。各種調(diào)控劑（比如：大分子[51,52]、小分子[53-56]、陰陽離子[57-62]等）被用來調(diào)控納米酶的穩(wěn)定性、催化活性、底物特異性、特異性響應(yīng)等。此外，研究發(fā)現(xiàn)可以通過控制涂層的厚度、大小以及修飾基團的種類、堆積密度等改變納米酶的表面性質(zhì)，并證明它們對構(gòu)建活性可控的納米酶具有重要意義。1.1.2.2.1大分子調(diào)控圖1-3基于CoOOH納米薄片的比色傳感器策略示意圖[65]。Figure1-3IllustrationoftheCoOOHnanoflakes-basedcolorimetricsensorstrategy.合適的表面配體能在納米材料的表面保留其天然/特異性功能，從而構(gòu)建目標物的定量和可視化的多功能納米系統(tǒng)。因此，將功能配體與酶活性有機結(jié)合探索生物傳感應(yīng)用已經(jīng)成為納米酶研究的一個有趣方向。DNA作為一種優(yōu)良的生物大分子聚合物，由于其具有確定的序列、可編程的自組裝和特定的堿基配對規(guī)則等特點，因此可以提供多種功能[63]。此外，DNA的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性通過協(xié)調(diào)作用引起了DNA與納米材料在生物納米界面作用。已經(jīng)證明DNA修飾納米粒子不僅可以改變納米材料的天然特性（例如，等離激元耦合，光吸收），而且可以特異性地識別目標分子[52,64]。例如，Li等[65]研究發(fā)現(xiàn)CoOOH納米薄片可以選擇性地吸附單鏈DNA(ssDNA)，而不能吸附雙鏈DNA（dsDNA）。底物TMB和ssDNA可以通過靜電吸引和π-π堆積相互作用，從而拉近TMB和CoOOH納米薄片之間的距
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Shape- and size-dependent catalysis activities of iron-terephthalic acid metal-organic frameworks[J]. Yali Liu,Pengfei Gao,Chengzhi Huang,Yuanfang Li. Science China（Chemistry）. 2015(10)
博士論文
[1]Co3O4納米材料的模擬酶性質(zhì)及其在分析檢測中的應(yīng)用研究[D]. 穆建帥.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
碩士論文
[1]金屬鉑納米顆粒的制備與表征[D]. 李甘.中南民族大學(xué) 2012
本文編號：3313832
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