金属有机框架及其衍生材料作为过氧化物模拟酶的应用研究

发布时间：2018-02-26 02:07

本文关键词： 模拟酶纳米材料过氧化物金属有机框架　出处：《西南大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：酶在生命体中参与很多重要的生命活动。天然酶具有反应条件温和、催化效率高、专一性强、选择性好等优点,在生物技术、医药、化工等领域应用广泛。但是天然酶自身存在一定局限性,比如易失活、易变性、稳定性差,此外天然酶的制备、纯化、储存成本高。因此,开发新材料作为模拟酶的研究是刻不容缓的。葡萄糖是细胞常见的代谢中间体和主要能量来源,葡萄糖的含量可以提供许多疾病信息,例如葡萄糖的含量是低血糖和糖尿病的重要指标。近年来,纳米材料作为过氧化物模拟酶检测葡萄糖和过氧化氢含量受到了广泛关注,设计出催化活性高,选择性好,成本低和稳定性佳的模拟酶很重要。金属有机骨架(MOFs)具有较大的比表面积,丰富的金属活性位点,但是用MOFs作为模拟酶的研究较少。因此,本文探究了金属有机框架及其衍生材料作为过氧化物模拟酶的应用效果。论文共分为四章:第一章:文献综述。不同种类的材料作为模拟酶的研究进展。第二章:本章通过微波法合成具有丰富铁金属活性位点的水稳定性Fe-MIL-88NH_2MOFs,并将其作为有效的模拟酶来检测H_2O_2和葡萄糖。化学动力学和化学发光光谱结果表明MOFs Fe-MIL-88NH_2能有效增强luminol-H_2O_2弱化学发光体系的发光.化学发光信号的增强可能依赖于化学发光体系中的电子转移过程和MOFs Fe-MIL-88NH_2材料催化过氧化氢分解产生的自由基。体系化学发光强度和过氧化氢浓度的具有一定的线性关系,设计一种基于化学发光反应的分析方法检测水样中过氧化氢含量。这种方法简单、灵敏,有良好的选择性。该方法也可以用于检测血清中的葡萄糖含量。在实验环境中,H_2O_2的线性范围为是1×10-7-2×10-5mol/L,能检测的最低浓度为1.3×10-8mol/L。在实验环境中,葡萄糖浓度在1×10-7~1×10-5mol/L范围内与其化学发光强度呈现出良好的线性关系。试验结果表明,这种方法能用来检测血清样品中的葡萄糖含量,和实际水样中的过氧化氢含量。第三章:通过表面活性剂辅助法合成PVP修饰的MOFs,得到二维纳米层状结构的PVP-Fe-MIL-88NH_2作为高效模拟酶来检测H_2O_2和葡萄糖。化学动力学曲线和化学发光光谱图可以表明该二维纳米层状结构的PVP-Fe-MIL-88NH_2能明显加强luminol-H_2O_2弱化学发光体系的发光。我们推断化学发光信号的增强可依赖于化学发光体系中的电子转移过程和材料催化过氧化氢分解产生的活性氧类自由基。材料可以催化过氧化氢的分解,加快生成超氧自由基和羟基自由基。这些活性氧自由基诱导鲁米诺产生激发态的3-氨基邻苯二甲酸阴离子自由基,当激发态鲁米诺自由基返回到基态时,就会产生化学发光。根据过氧化氢浓度与化学发光强度的相关性,可以设计一种基于化学发光反应的分析方法检测水样中过氧化氢含量。这种方法简单、灵敏,并且有良好的选择性。该方法也可以用于检测葡萄糖含量。在实验环境下,过氧化氢的线性范围为是5×10-8mol/L到1×10-4mol/L。在最优条件下,葡萄糖浓度在1×10-8~1×10-5mol/L范围内与其化学发光强度呈现出一定的线性关系。由于二维层状结构可以暴露更多金属活性位点,使反应物和活性位点接触更加充分,该材料作为模拟酶检测过氧化氢和葡萄糖含量比Fe-MIL-88NH_2MOFs有线性范围宽,检出限低,灵敏度高的优势。验结果表明,这种方法能用来检测血清样品中的葡萄糖,也可以用来检测实际水样中的过氧化氢。第四章:均匀混合ZIF-67 MOFs和PVP-Fe-MIL-88NH_2固体,并碳化均匀混合物得到Fe_3O_4@Co_3O_4@C纳米复合材料,该材料可以作为高效模拟酶来检测H_2O_2和葡萄糖。根据化学发光光谱和化学动力学的研究分析结果表明碳化后的复合材料能明显加强鲁米诺过氧化氢弱化学发光体系的发光.这种化学发光信号的增强依赖于该纳米材料催化过氧化氢分解产生的自由基和化学发光体系中的电子转移过程。Fe_3O_4@Co_3O_4@C材料中的Fe_3O_4,Co_3O_4都是过氧化物模拟酶有效成分,实验证明在该复合材料中起到协同作用催化过氧化氢分解,加快生成超氧自由基和羟基自由基的过程。这些活性氧自由基诱导鲁米诺产生激发态的3-氨基邻苯二甲酸阴离子自由基,当激发态鲁米诺返回到基态时,就会产生化学发光。根据过氧化氢浓度与化学发光强度的相关性,可以设计一种基于化学发光反应的分析方法检测水样中过氧化氢含量。这种方法操作简单、检测灵敏,并且有良好的选择性。同时该方法也可以用于检测葡萄糖含量。在实验环境中,H_2O_2的线性范围为是1×10-8mol/L到6×10-5mol/L。在最优条件下,葡萄糖浓度在5×10-8~3×10-5mol/L范围内与其相应的化学发光强度呈现出一定的线性关系。试验结果表明,这种方法能用来检测血清样品中葡萄糖含量,也可以用来检测水样中的过氧化氢的含量。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O629.8

【参考文献】