功能化石墨烯纳米材料模拟过氧化物酶及其应用研究

发布时间：2017-09-08 04:10

  本文关键词：功能化石墨烯纳米材料模拟过氧化物酶及其应用研究

  更多相关文章： PSS-Gr PSS-Gr-Pt 过氧化物模拟酶 比色传感方法 H_2O_2 葡萄糖 抗坏血酸 谷胱甘肽

【摘要】：酶是一种具有生物催化活性的高分子物质,能够高效专一地催化各种与生命活动相关的化学反应,应用十分广泛。但酶也存在一些固有缺陷,如稳定性差、易受外界环境影响而失活以及不易保存和制备等,极大限制了它们的应用。实际需求促使人们寻找一种既具有酶的催化性能又简单稳定的物质实现对酶功能的模拟。氧化石墨烯(GO)具有一定的模拟酶活性,然而,随着含氧官能团的引入,石墨烯的大π-π共轭结构遭到破坏,势必会消弱其电子传导能力,可能会导致催化性能降低。相比GO,石墨烯可能具备更好的催化性能。但是,由于片与片之间的范德华力作用及π-π堆积作用,石墨烯难分散、易团聚,限制了它的应用。高分子聚合物功能化的石墨烯既有石墨烯原有的特性,又克服了难分散、易团聚的问题,还可以利用功能分子特殊的性质实现石墨烯与其他纳米材料的复合,从而赋予其更优异的催化活性。本论文制备了聚苯乙烯磺酸钠功能化的石墨烯(PSS-Gr)和负载纳米铂的聚苯乙烯磺酸钠功能化的石墨烯(PSS-Gr-Pt),对它们的模拟过氧化物酶活性进行了考察,利用这一性能建立了测定H_2O_2、葡萄糖、抗坏血酸(AA)和谷胱甘肽(GSH)的比色传感方法,并应用于实际样品的检测。具体研究内容如下:1.PSS-Gr模拟过氧化物酶及其在比色传感上的应用本课题研究了PSS-Gr模拟过氧化物酶时的稳态动力学和催化机理,它的催化行为满足典型的Michaelis-Menten动力学模型,类似于HRP,属于乒乓机理。由于PSS-Gr具有更强的负电性,在酸性条件下,更易吸附带正电的TMB,它的的类酶活性高于石墨烯和GO。基于PSS-Gr优越的类酶催化性能,建立了一种灵敏检测H_2O_2的方法,线性范围为5.00×10-6-1.00×10-3 mol·L~(-1),检测限为1.50×10-7 mol·L~(-1)。葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOx)的作用下产生H_2O_2,基于此,对葡萄糖进行了检测,线性范围为6.00×10-6-4.00×10-4 mol·L~(-1),检测限为2.80×10-7 mol·L~(-1)。并检测了血浆中葡萄糖的含量,与葡萄糖试剂盒的检测结果相符。AA具有还原性,可以消耗H_2O_2,抑制TMB的氧化,基于此,建立了一种新颖的比色传感方法,对AA检测,线性范围为8.00×10-7-6.00×10-5 mol·L~(-1),检测限为1.50×10-7 mol·L~(-1),并成功应用于维生素C片和果汁中AA的检测。2.PSS-Gr-Pt模拟过氧化物酶及其在比色传感上的应用由于纳米铂和石墨烯片层间较强的电子转移作用及其在模拟酶催化性能上的协同作用,PSS-Gr-Pt具有较高的类似过氧化物酶的催化活性,能在室温条件下快速催化H_2O_2氧化TMB发生显色反应。PSS-Gr-Pt满足酶促反应的特征,催化反应遵循乒乓机理。建立了H_2O_2和葡萄糖的分析方法,检测限分别为5.19×10-9mol·L~(-1)和9.28×10-8 mol·L~(-1),与上一个工作相比,分别降低了29倍和3倍。基于GSH对H_2O_2或氧化态TMB(ox TMB)的还原作用,建立了检测GSH的比色传感方法,线性范围为4.00×10-7-6.00×10-5 mol·L~(-1),检测限为2.90×10-7 mol·L~(-1),并成功用于谷胱甘肽眼药水中GSH的检测。
【关键词】：PSS-Gr PSS-Gr-Pt 过氧化物模拟酶 比色传感方法 H_2O_2 葡萄糖 抗坏血酸 谷胱甘肽
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 石墨烯11-14
• 1.1.1 石墨烯的结构和性质11
• 1.1.2 石墨烯的制备方法11-14
• 1.2 石墨烯的功能化14-19
• 1.2.1 共价键结合功能化14-17
• 1.2.2 非共价键结合功能化17-18
• 1.2.3 金属纳米材料功能化18-19
• 1.3 石墨烯及其复合材料的表征方法19-20
• 1.4 石墨烯及其复合材料的传感分析应用20-22
• 1.4.1 电化学传感方面的应用20-21
• 1.4.2 光学传感方面的应用21-22
• 1.5 课题选题及内容22-24
• 参考文献24-30
• 第二章 PSS功能化石墨烯模拟过氧化物酶及其应用研究30-54
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-34
• 2.2.1 试剂与仪器31
• 2.2.2 PSS功能化石墨烯的合成31-32
• 2.2.3 PSS-Gr的类酶催化活性及稳态动力学分析32
• 2.2.4 过氧化氢的检测32-33
• 2.2.5 葡萄糖的检测33
• 2.2.6 抗坏血酸的检测33-34
• 2.3 结果与讨论34-49
• 2.3.1 PSS-Gr的表征34-37
• 2.3.2 PSS-Gr的类酶催化活性37-38
• 2.3.3 模拟过氧化物酶的反应条件优化38-40
• 2.3.4 模拟过氧化物酶的稳态动力学分析40-42
• 2.3.5 过氧化氢的检测42-43
• 2.3.6 葡萄糖的检测43-45
• 2.3.7 抗坏血酸检测实验的可行性45-46
• 2.3.8 抗坏血酸检测实验的条件优化46-47
• 2.3.9 抗坏血酸的检测47-49
• 2.4 本章小结49-50
• 参考文献50-54
• 第三章 负载纳米铂的PSS功能化石墨烯模拟过氧化物酶及其应用研究54-74
• 3.1 引言54-55
• 3.2 实验部分55-58
• 3.2.1 仪器与试剂55
• 3.2.2 负载纳米铂的PSS功能化石墨烯的合成55
• 3.2.3 PSS-Gr-Pt的类酶催化活性及稳态动力学分析55-56
• 3.2.4 过氧化氢的检测56
• 3.2.5 葡萄糖的检测56-57
• 3.2.6 谷胱甘肽的检测57-58
• 3.3 结果与讨论58-70
• 3.3.1 PSS-Gr-Pt的表征58-59
• 3.3.2 PSS-Gr-Pt的类酶催化活性59-60
• 3.3.3 模拟过氧化物酶的反应条件优化60-61
• 3.3.4 模拟过氧化物酶的稳态动力学分析61-63
• 3.3.5 过氧化氢的检测63-64
• 3.3.6 葡萄糖的检测64-66
• 3.3.7 谷胱甘肽检测实验的可行性66-67
• 3.3.8 谷胱甘肽检测实验的条件优化67-68
• 3.3.9 谷胱甘肽的检测68-70
• 3.4 本章小结70-71
• 参考文献71-74
• 第四章 结论与展望74-76
• 4.1 结论74-75
• 4.2 展望75-76
• 硕士期间发表的学术论文76-77
• 致谢77

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