纳米酶和稀土发光探针用于生物分子的分析检测研究

发布时间：2018-04-09 20:08

本文选题：纳米酶　切入点：氮掺杂的碳基纳米酶　出处：《南京大学》2017年博士论文

【摘要】：天然酶具有催化效率高、专一性强、反应条件温和等特点,在生物医学、临床、环境、食品工业等研究领域有着非常广泛的应用。然而,大部分天然酶存在不可弥补的内在缺陷,如容易变性失活、容易被降解、制备成本高、不易保存等,因而限制了其实际应用。因此,模拟酶的研究应运而生。纳米材料由于其优异的物理化学性质,在催化领域备受青睐。一直以来,纳米材料被认为是惰性生物催化剂,但最近研究者发现一些纳米材料如碳纳米材料、金属纳米材料、金属氧化物纳米材料等展现出酶的催化性能。这些具有类酶催化活性的纳米材料,统称为纳米模拟酶,简称纳米酶。自此,纳米材料作为新型模拟酶的研究受到了人们的密切关注。针对当前纳米酶领域存在的一些瓶颈,结合新型纳米材料优异的催化性能,我们尝试开发一些催化活性更高的纳米酶,以及扩展纳米酶在活体检测中的应用。本论文开展了以下两个关于纳米酶的工作:(1)碳基纳米材料作为非金属催化剂,由于成本较低,资源丰富,稳定性好,是催化领域研究的热点。然而与贵金属催化剂相比,碳纳米材料的催化活性相对较差。因此,发展高活性的碳基纳米酶对未来纳米酶的研究有重要的指导作用。通过对碳材料进行异质元素的掺杂,我们发现氮掺杂的碳纳米材料能高效模拟过氧化物酶的催化活性。其中这些氮掺杂的碳基纳米酶过氧化物酶催化活性的提高,主要来源于其中的季型氮。且氮掺杂的碳基纳米酶的催化性质与其他纳米酶和天然辣根过氧化物酶(HRP)非常类似,反应的最佳pH值为4,最佳温度为40℃,催化反应符合米氏方程。但是,催化过程中并没有自由基的产生。这些氮掺杂的碳基纳米酶不具有多酶的催化性质,能特异性模拟过氧化物酶的活性。(2)为拓展纳米酶在生物检测中的应用,尤其是在活体中的应用。基于金纳米颗粒(AuNPs)模拟过氧化物酶的活性和拉曼增强作用的双重功能,构建了一个纳米酶的表面增强拉曼(SERS)探针。为了提高AuNPs的稳定性,合成了金属有机骨架(MOFs)保护的AuNPs(AuNPs@MOFs)。通过在AuNPs@MOFs表面自组装葡萄糖氧化酶(GOx)或乳酸氧化酶(LOx)构成集成纳米酶,可以实现对葡萄糖和乳酸的灵敏和特异性检测。而且,集成纳米酶能进一步实现老鼠脑部缺血中风模型和肿瘤模型中葡萄糖和乳酸的检测,同时对缺血治疗的潜在药物虾青素(ATX)的药效进行了评估。与传统的有机发光探针相比,稀土发光探针具有发光效率高、Stokes位移大、发光寿命长、不易光漂白、化学稳定性好和生物毒性低等优点,有望成为新型的发光探针。基于稀土配合物构建的发光探针,在生物分析中取得了很大的进展,包括pH、离子以及生物小分子等的检测。然而,在多糖检测方面的应用还鲜有报道。粘多糖-肝素,作为临床中广泛使用的抗凝药物,需要严格把握用量、监控质量。因而,建立有效而可靠的方法对肝素的用量和质量进行监测迫在眉睫。结合当前肝素检测的重要性和必要性,以及本实验室已发展的检测方法,我们构建了一个新型的稀土配合物探针,实现了肝素高灵敏、高选择性的检测和肝素中主要污染物多硫酸软骨素(OSCS)的监测。首先ssDNA、AG73多肽和Tb3+构成磷光被抑制的检测体系,当AG73多肽与肝素特异性结合,释放ssDNA敏化Tb3+的磷光,磷光增强。通过磷光强度的增加,可实现对肝素的检测,且该方法适用于普通肝素和低分子量肝素的检测。由于AG73多肽对肝素的特异性识别,该磷光探针对肝素的检测具有高选择性,能用于老鼠血液中低分子量肝素的检测。另外,基于OSCS对肝素酶的抑制作用,在肝素酶的处理下,能进一步监控肝素中OSCS的含量,最低能检测到0.002wt%。该检测方法操作简单,选择性好,为多糖检测提供了新思路,同时扩展了稀土发光探针的应用。
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【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;O657.3

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