纳米酶催化活性调控及其分析传感应用
发布时间：2021-07-31 16:49
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...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米酶催化各类氧化还原反应的示意图：氧化酶，过氧化物酶，超氧化物歧化酶和过氧化氢酶
摘要41.1.2.1尺寸和形貌调控研究发现，纳米酶的催化性能与尺寸、形貌效应密切相关，因此可以通过可控调节纳米酶的粒径大小及形貌，进而调控纳米酶的催化活性。Liu等[48]在相似的反应体系下制备了具有不同晶体平面的Fe3O4MNPs纳米结构，并研究了其类过氧化物酶模拟催化性能。这些不同晶体结构的Fe3O4MNPs具有不同的比表面积和暴露的晶面，因而表现不同类过氧化物酶活性。按催化活性的强弱排列依次为：球>三角形板>正八面体，其活性的差异主要归咎于其不同的表面原子排列和比表面积[49]。Li课题组[36]合成了不同尺寸和形貌的双锥六边形，八面体以及纺锥体金属有机框架（MOF）。研究发现八面体MOF具有很高的稳定性，可以在催化反应后重新回收利用，但是其类酶活性相对较低。对于纺锤体的MOF，其尺寸大小具有可调性，即可以从微米尺寸调整至纳米级，因此在进一步研究MOF的尺寸依赖性方面非常有用。双锥六边形MOF的裂纹结构大大提高了比表面积，暴露了更多的活性金属位点，可促进H2O2氧化两种纳米酶底物TMB和ABTS产生蓝色的TMBox和绿色的ABTSox。与其他两种形貌的MOF相比，这种双锥六边形结构的MOF具有更高的催化活性和催化效率，优良的可降解性、生物相容性和高孔隙率等，使其在生物催化领域有广阔的应用前景。这一研究结果为纳米酶催化活性的调控提供了有效的依据（图1-2）。图1-2不同形貌的铁基MOFs的合成路线及不同类过氧化物活性示意图[36]。Figure1-2Illustrationofthesyntheticroutesforiron-basedMOFswithdifferentshapesandtheirdifferentperoxidase-likeactivities.
摘要51.1.2.2表面修饰调控基于尺寸、形貌调控策略通常是需要复杂的材料合成来改变其固有结构和性质来调节纳米酶活性。与之相比，基于表面修饰调控策略不仅可以提高纳米酶的稳定性、催化活性以及生物相容性，而且还能提供特异性的识别元素、官能团、活性位点等[9,50]。因此，表面修饰调控策略作为一种简便的调控策略已经引起人们研究的兴趣。各种调控剂（比如：大分子[51,52]、小分子[53-56]、阴阳离子[57-62]等）被用来调控纳米酶的稳定性、催化活性、底物特异性、特异性响应等。此外，研究发现可以通过控制涂层的厚度、大小以及修饰基团的种类、堆积密度等改变纳米酶的表面性质，并证明它们对构建活性可控的纳米酶具有重要意义。1.1.2.2.1大分子调控图1-3基于CoOOH纳米薄片的比色传感器策略示意图[65]。Figure1-3IllustrationoftheCoOOHnanoflakes-basedcolorimetricsensorstrategy.合适的表面配体能在纳米材料的表面保留其天然/特异性功能，从而构建目标物的定量和可视化的多功能纳米系统。因此，将功能配体与酶活性有机结合探索生物传感应用已经成为纳米酶研究的一个有趣方向。DNA作为一种优良的生物大分子聚合物，由于其具有确定的序列、可编程的自组装和特定的碱基配对规则等特点，因此可以提供多种功能[63]。此外，DNA的结构和化学特性通过协调作用引起了DNA与纳米材料在生物纳米界面作用。已经证明DNA修饰纳米粒子不仅可以改变纳米材料的天然特性（例如，等离激元耦合，光吸收），而且可以特异性地识别目标分子[52,64]。例如，Li等[65]研究发现CoOOH纳米薄片可以选择性地吸附单链DNA(ssDNA)，而不能吸附双链DNA（dsDNA）。底物TMB和ssDNA可以通过静电吸引和π-π堆积相互作用，从而拉近TMB和CoOOH纳米薄片之间的距
【参考文献】：
期刊论文
[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)
博士论文
[1]Co3O4纳米材料的模拟酶性质及其在分析检测中的应用研究[D]. 穆建帅.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]金属铂纳米颗粒的制备与表征[D]. 李甘.中南民族大学 2012
本文编号：3313832
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米酶催化各类氧化还原反应的示意图：氧化酶，过氧化物酶，超氧化物歧化酶和过氧化氢酶
摘要41.1.2.1尺寸和形貌调控研究发现，纳米酶的催化性能与尺寸、形貌效应密切相关，因此可以通过可控调节纳米酶的粒径大小及形貌，进而调控纳米酶的催化活性。Liu等[48]在相似的反应体系下制备了具有不同晶体平面的Fe3O4MNPs纳米结构，并研究了其类过氧化物酶模拟催化性能。这些不同晶体结构的Fe3O4MNPs具有不同的比表面积和暴露的晶面，因而表现不同类过氧化物酶活性。按催化活性的强弱排列依次为：球>三角形板>正八面体，其活性的差异主要归咎于其不同的表面原子排列和比表面积[49]。Li课题组[36]合成了不同尺寸和形貌的双锥六边形，八面体以及纺锥体金属有机框架（MOF）。研究发现八面体MOF具有很高的稳定性，可以在催化反应后重新回收利用，但是其类酶活性相对较低。对于纺锤体的MOF，其尺寸大小具有可调性，即可以从微米尺寸调整至纳米级，因此在进一步研究MOF的尺寸依赖性方面非常有用。双锥六边形MOF的裂纹结构大大提高了比表面积，暴露了更多的活性金属位点，可促进H2O2氧化两种纳米酶底物TMB和ABTS产生蓝色的TMBox和绿色的ABTSox。与其他两种形貌的MOF相比，这种双锥六边形结构的MOF具有更高的催化活性和催化效率，优良的可降解性、生物相容性和高孔隙率等，使其在生物催化领域有广阔的应用前景。这一研究结果为纳米酶催化活性的调控提供了有效的依据（图1-2）。图1-2不同形貌的铁基MOFs的合成路线及不同类过氧化物活性示意图[36]。Figure1-2Illustrationofthesyntheticroutesforiron-basedMOFswithdifferentshapesandtheirdifferentperoxidase-likeactivities.
摘要51.1.2.2表面修饰调控基于尺寸、形貌调控策略通常是需要复杂的材料合成来改变其固有结构和性质来调节纳米酶活性。与之相比，基于表面修饰调控策略不仅可以提高纳米酶的稳定性、催化活性以及生物相容性，而且还能提供特异性的识别元素、官能团、活性位点等[9,50]。因此，表面修饰调控策略作为一种简便的调控策略已经引起人们研究的兴趣。各种调控剂（比如：大分子[51,52]、小分子[53-56]、阴阳离子[57-62]等）被用来调控纳米酶的稳定性、催化活性、底物特异性、特异性响应等。此外，研究发现可以通过控制涂层的厚度、大小以及修饰基团的种类、堆积密度等改变纳米酶的表面性质，并证明它们对构建活性可控的纳米酶具有重要意义。1.1.2.2.1大分子调控图1-3基于CoOOH纳米薄片的比色传感器策略示意图[65]。Figure1-3IllustrationoftheCoOOHnanoflakes-basedcolorimetricsensorstrategy.合适的表面配体能在纳米材料的表面保留其天然/特异性功能，从而构建目标物的定量和可视化的多功能纳米系统。因此，将功能配体与酶活性有机结合探索生物传感应用已经成为纳米酶研究的一个有趣方向。DNA作为一种优良的生物大分子聚合物，由于其具有确定的序列、可编程的自组装和特定的碱基配对规则等特点，因此可以提供多种功能[63]。此外，DNA的结构和化学特性通过协调作用引起了DNA与纳米材料在生物纳米界面作用。已经证明DNA修饰纳米粒子不仅可以改变纳米材料的天然特性（例如，等离激元耦合，光吸收），而且可以特异性地识别目标分子[52,64]。例如，Li等[65]研究发现CoOOH纳米薄片可以选择性地吸附单链DNA(ssDNA)，而不能吸附双链DNA（dsDNA）。底物TMB和ssDNA可以通过静电吸引和π-π堆积相互作用，从而拉近TMB和CoOOH纳米薄片之间的距
【参考文献】：
期刊论文
[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)
博士论文
[1]Co3O4纳米材料的模拟酶性质及其在分析检测中的应用研究[D]. 穆建帅.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]金属铂纳米颗粒的制备与表征[D]. 李甘.中南民族大学 2012
本文编号：3313832
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3313832.html
