新型纳米酶的开发及其在生物传感器中的应用

发布时间：2020-10-11 20:40

　　 纳米酶,是一类具有生物酶催化性质的纳米材料。相比于生物酶,纳米酶具有易于制备,储存以及较低的成本等优点,受到了越来越多研究学者的关注。近几年,随着纳米材料的快速发展,纳米酶的研究也突飞猛进,不同种类的纳米复合材料被发现具有类似天然酶的催化性质,例如氧化酶,过氧化物酶,过氧化氢酶等等。因为纳米酶的高稳定性和易于修饰等优点,在生物传感和免疫测定等分析领域,纳米酶逐渐成为替代天然酶的热门材料。本论文中,我们开发了不同种类的类过氧化物酶用于比色葡萄糖传感器的构建。材料种类从金属,金属氧化物,到石墨烯复合材料;类酶催化活性从单种模拟酶性质(单酶)到双重模拟酶性质(双酶)再到三重模拟酶性质(三酶)。并且通过共沉淀方法,我们构建了一个人工模拟酶系统用于级联催化,成功实现一步法检测葡萄糖的生物传感器。详细内容如下:1.我们成功合成了三维多孔的氮掺杂石墨烯。有趣的是,当反应体系中加入血红素时,石墨烯纳米片的表面生长了Fe_3O_4纳米粒子,大大提高了该材料的类过氧化物酶催化活性。我们也是首次通过引入血红素在三维结构石墨烯表面成功生长了Fe_3O_4纳米粒子。该制备方法只需一锅水浴加热合成,简单,经济,绿色。更重要的是,该材料具有优异的类过氧化物酶性质,基于此,我们成功构建了新型的葡萄糖生物传感器,检测限可以达到0.8?M。2.通过软模板方法我们合成了多孔Co_3O_4纳米片。通过使用两性三嵌段聚合物F127胶体作为造孔剂,可以制备出多孔的Co(OH)_2纳米片。经过煅烧处理后,获得的Co_3O_4保留了前驱体Co(OH)_2的六边形多孔形貌及相似尺寸。制备的多孔Co_3O_4纳米片(Co_3O_4-F)同时具有类过氧化物酶和类过氧化氢酶的催化活性。有趣的是,这两种模拟酶性质可以通过调节反应体系的温度和pH进行控制。此外,Co_3O_4-F在偏中性的环境中依然具有较好的类过氧化物酶活性,为一步法检测葡萄糖提供了新思路。随后,我们成功制备了基于Co_3O_4-F纳米酶一步法检测葡萄糖的比色传感器,使实验操作更为简单快捷。3.贵金属材料(例如:Pd,Pt,Au)被发现具有多重模拟酶活性以及高的催化活性和稳定性,其应用也得到了快速的发展。本工作合成了NiPd空心球(NiPd hNPs)纳米材料,发现其具有优越的三重模拟酶活性:氧化酶,过氧化物酶和过氧化氢酶。为探讨NiPd hNPs催化活性的来源,我们制备了Ni球和Pd球进行对照详细研究,并且基于NiPd hNPs的过氧化物模拟酶性质,我们成功构建了高灵敏高选择性的比色葡萄糖传感器。4.这项工作报道了一种简易的方法构造人工模拟酶系统用于级联催化。通过共沉淀法,我们将Ni Pd空心球和葡萄糖氧化酶(GOx)同时固定在沸石分子筛(ZIF-8)上。制备出的GOx@ZIF-8(NiPd)纳米花不仅表现出NiPd空心球的类过氧化物酶活性,而且保持了GOx的生物酶活性。基于GOx@ZIF-8(NiPd)的多酶系统,我们成功制备了用于快速检测葡萄糖的比色传感器,并将可视化检测葡萄糖的级联反应成功地组合到一个步骤中。此外,GOx@ZIF-8(NiPd)修饰电极展现出良好的GOx生物活性和对氧还原反应的较高电催化性能,因此,该电极也可用于对葡萄糖的电化学检测。这里提出的多重酶系统构建策略架起了一座纳米酶与生物酶的合作桥梁,融合两者的性质和功能,为今后的多重催化和级联反应的发展奠定基础。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TP212.3
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 模拟酶概述
    1.2 纳米酶概述
    1.3 纳米酶分类及应用
        1.3.1 类过氧化物酶
            1.3.1.1 类过氧化物酶概述
            1.3.1.2 类过氧化物酶在生物分析领域中的应用
        1.3.2 类氧化酶
        1.3.3 类过氧化氢酶
        1.3.4 类超氧化物歧化酶
        1.3.5 类水解酶
    1.4 纳米酶展望
    1.5 选题的目的与意义
    参考文献
第二章 单酶：一锅法合成具有增强纳米酶活性的三维多孔杂化石墨烯用于葡萄糖检测
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂和仪器
        2.2.2 三维结构石墨烯杂化材料的制备
        2.2.3 3DGH-5修饰电极的电化学实验
        2.2.4 类过氧化物酶性质的稳态动力学分析
        2.2.5 比色检测葡萄糖
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 3 DGH-5的制备与表征
        2.3.2 3 DGH-5的类过氧化物酶活性
        2.3.3 基于3DGH-5检测葡萄糖
    2.4 本章小结
    参考文献
3O₄纳米片在葡萄糖传感器中应用'>第三章 双酶：具有可调节双酶性质的多孔Co₃O₄纳米片在葡萄糖传感器中应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂和仪器
3O₄纳米片的制备'>        3.2.2 多孔Co₃O₄纳米片的制备
        3.2.3 类过氧化物酶性质稳态动力学分析
3O₄纳米片一步法检测葡萄糖'>        3.2.4 基于多孔Co₃O₄纳米片一步法检测葡萄糖
    3.3 结果与讨论
3O₄纳米片的制备和表征'>        3.3.1 多孔Co₃O₄纳米片的制备和表征
3O₄纳米片的可调节双酶性质'>        3.3.2 多孔Co₃O₄纳米片的可调节双酶性质
3O₄纳米片的类过氧化物酶性质'>        3.3.3 多孔Co₃O₄纳米片的类过氧化物酶性质
        3.3.4 一步法检测葡萄糖
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 三酶：NiPd空心球的三重模拟酶性质及其在比色传感葡萄糖中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂和仪器
        4.2.2 NiPdhNPs,NiNPs和PdNPs的制备
        4.2.3 类过氧化物酶性质稳态动力学分析
        4.2.4 ·OH自由基和溶解氧气的测量
        4.2.5 比色检测葡萄糖
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 材料的制备和表征
        4.3.2 NiPd空心球的三重模拟酶活性
        4.3.3 NiPd空心球的类过氧化物酶性质
        4.3.4 基于NiPd空心球检测葡萄糖
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 人工酶系统：GOx@ZIF-8（NiPd）纳米花用来模拟级联催化
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 试剂和仪器
        5.2.2 PVP修饰NiPd空心球的制备
        5.2.3 ZIF-8（NiPd）和GOx@ZIF-8（NiPd）的制备
        5.2.4 葡萄糖氧化反应
        5.2.5 GOx@ZIF-8（NiPd）修饰电极的电化学实验
        5.2.6 ZIF-8（NiPd）作为类过氧化物酶的稳态动力学分析
        5.2.7 基于GOx@ZIF-8（NiPd）纳米花可视化检测葡萄糖
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 ZIF-8（NiPd）和GOx@ZIF-8（NiPd）的制备和表征
        5.3.2 ZIF-8（NiPd）的类过氧化物酶性质
        5.3.3 基于GOx@ZIF-8（NiPd）的多重酶系统
        5.3.4 GOx@ZIF-8（NiPd）对H2O2和葡萄糖的电催化性能
    5.4 本章小结
    参考文献
作者简历
攻读博士学位期间的科研成果
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 Lizeng Gao;Xiyun Yan;;Nanozymes: an emerging field bridging nanotechnology and biology[J];Science China(Life Sciences);2016年04期

2 韩占江;王伟华;;几种模拟酶的研究进展[J];广东农业科学;2008年01期

3 刘有芹,颜芸,沈含熙;模拟酶的研究与发展[J];化学进展;2005年06期

本文编号：2837092