杂原子掺杂石墨烯的类酶活性及其用于农药检测的研究
发布时间：2021-09-05 07:25
纳米酶是一类具有类酶催化活性的纳米材料,以其易于制备、价格低廉、稳定性好、贮存时间长等优势而成为新一代天然酶的替代品,在生物分析、成像、治疗、环境保护等方面具有广阔的应用前景。碳基纳米酶由于来源丰富、成本低廉、生物毒性低等优点,成为纳米酶领域炙手可热的研究对象。本论文以不同轻质元素掺杂的石墨烯为研究对象,考察了不同元素掺杂对石墨烯类酶活性的影响。其中,氮元素的掺杂能够显著提高石墨烯的类过氧化物酶活性。动力学分析结果显示,通过氮掺杂,可以显著增强石墨烯对过氧化氢的亲和力,并且使其对过氧化氢的亲和力优于天然辣根过氧化物酶。基于氮掺杂带来的优异性质,我们进一步在氮掺杂的基础上引入第二种元素掺杂,探究双元素掺杂石墨烯的类酶活性。结果证明,硼元素的引入能够增加类过氧化物酶活性,硫元素的引入能够增加类氧化酶活性。农药是农业上防除害虫和杂草、调控作物生长的一类化学药剂。在增加作物质量和产量的同时,农药的过量使用也会污染环境,破坏生态,危害人体健康。因此,农药的检测十分重要。常用的农药检测手段包括色谱技术、酶联免疫吸附测定、生物传感器等。这些方法虽然灵敏度高,选择性好,但是或依赖于昂贵的仪器,需要复杂...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模拟酶和纳米酶的发展历程[4,6]
第一章绪论2氧化酶等性质[17]。图1.1模拟酶和纳米酶的发展历程[4,6]。1.1.1碳纳米材料模拟过氧化物酶的活性2010年，Qu等人第一次提出单壁碳纳米管（single-walledcarbonnanotube,SWNT）具有过氧化物酶活性，排除合成过程中金属原料的干扰，SWNT能够催化过氧化氢（H2O2）和3,3",5,5"-四甲基联苯胺盐酸盐（3,3",5,5"-tetramethylbenzidine,TMB）反应，产生蓝色产物。利用这一性质，他们检测了疾病相关的单核苷酸多态性。错配的DNA能够通过π-π堆叠作用与SWNT紧密结合，形成稳定的复合物。正常DNA同样能够与SWNT结合，但是结合力弱于错配DNA。高浓度的盐溶液能够屏蔽排斥作用，促使SWNT聚集，而与错配DNA结合后，错配DNA的负电荷会增加静电排斥力，抑制SWNT的聚集，正常DNA则没有抑制效果。因此，经过离心之后，正常DNA结合的SWNT能够很好地沉淀保留，而错配DNA结合的SWNT会随上清液排出。通过比色法检测所余物质的过氧化物酶活性，就可以判断DNA是否错配（如图1.2）[18]。图1.2SWNT检测错配DNA的原理图[18]。
第一章绪论3同年，他们发现羧基修饰的氧化石墨烯（GO-COOH）同样具有过氧化物酶活性，能够催化H2O2和TMB产生蓝色产物。为了更好地分析催化机理，他们计算了GO-COOH催化反应的稳态动力学参数，其中以TMB为底物得到的米氏常数Km为0.0237±0.001mM，而天然的辣根过氧化物酶（horseradishperoxidase,HRP）的Km为0.275±0.013mM，二者相差一个数量级，说明GO-COOH比HRP对TMB的亲和力更强。利用GO-COOH的类过氧化物酶活性，他们设计了比色法来检测H2O2的含量。在35°C，pH4.0的最适条件下，检测H2O2浓度的线性范围为50nM-1μM，检测下限为50nM。通过进一步耦联葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase,GOx），他们用比色法检测葡萄糖的含量（图1.3）。葡萄糖首先被GOx氧化生成H2O2，然后利用GO-COOH催化生成的H2O2与TMB反应，可以间接得到吸光度与葡萄糖浓度的对应关系。检测葡萄糖浓度的线性范围为1-20μM，检测下限为1μM[19]。图1.3GO-COOH与GOx耦联检测葡萄糖的原理图[19]。2013年，Chen等人发现石墨烯量子点（graphenequantumdot,GQD）具有比氧化石墨烯（grapheneoxide,GO）更强的类过氧化物酶活性。因此，GQD能够检测更低浓度的H2O2和葡萄糖，H2O2的检测下限能达到10nM，葡萄糖的检测下限低至0.5μM。此外，GQD还能用于谷胱甘肽（glutathione,GSH）的检测。因为GSH能够与H2O2反应生成氧化谷胱甘肽（GSSG）和水，从而消耗溶液中的H2O2，使得GQD催化TMB反应得到的蓝色产物减少。由此得到的GSH检测线性范围为0.5-100μM，该方法成功地检测了肿瘤细胞中的GSH含量[20]。
本文编号：3384914
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模拟酶和纳米酶的发展历程[4,6]
第一章绪论2氧化酶等性质[17]。图1.1模拟酶和纳米酶的发展历程[4,6]。1.1.1碳纳米材料模拟过氧化物酶的活性2010年，Qu等人第一次提出单壁碳纳米管（single-walledcarbonnanotube,SWNT）具有过氧化物酶活性，排除合成过程中金属原料的干扰，SWNT能够催化过氧化氢（H2O2）和3,3",5,5"-四甲基联苯胺盐酸盐（3,3",5,5"-tetramethylbenzidine,TMB）反应，产生蓝色产物。利用这一性质，他们检测了疾病相关的单核苷酸多态性。错配的DNA能够通过π-π堆叠作用与SWNT紧密结合，形成稳定的复合物。正常DNA同样能够与SWNT结合，但是结合力弱于错配DNA。高浓度的盐溶液能够屏蔽排斥作用，促使SWNT聚集，而与错配DNA结合后，错配DNA的负电荷会增加静电排斥力，抑制SWNT的聚集，正常DNA则没有抑制效果。因此，经过离心之后，正常DNA结合的SWNT能够很好地沉淀保留，而错配DNA结合的SWNT会随上清液排出。通过比色法检测所余物质的过氧化物酶活性，就可以判断DNA是否错配（如图1.2）[18]。图1.2SWNT检测错配DNA的原理图[18]。
第一章绪论3同年，他们发现羧基修饰的氧化石墨烯（GO-COOH）同样具有过氧化物酶活性，能够催化H2O2和TMB产生蓝色产物。为了更好地分析催化机理，他们计算了GO-COOH催化反应的稳态动力学参数，其中以TMB为底物得到的米氏常数Km为0.0237±0.001mM，而天然的辣根过氧化物酶（horseradishperoxidase,HRP）的Km为0.275±0.013mM，二者相差一个数量级，说明GO-COOH比HRP对TMB的亲和力更强。利用GO-COOH的类过氧化物酶活性，他们设计了比色法来检测H2O2的含量。在35°C，pH4.0的最适条件下，检测H2O2浓度的线性范围为50nM-1μM，检测下限为50nM。通过进一步耦联葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase,GOx），他们用比色法检测葡萄糖的含量（图1.3）。葡萄糖首先被GOx氧化生成H2O2，然后利用GO-COOH催化生成的H2O2与TMB反应，可以间接得到吸光度与葡萄糖浓度的对应关系。检测葡萄糖浓度的线性范围为1-20μM，检测下限为1μM[19]。图1.3GO-COOH与GOx耦联检测葡萄糖的原理图[19]。2013年，Chen等人发现石墨烯量子点（graphenequantumdot,GQD）具有比氧化石墨烯（grapheneoxide,GO）更强的类过氧化物酶活性。因此，GQD能够检测更低浓度的H2O2和葡萄糖，H2O2的检测下限能达到10nM，葡萄糖的检测下限低至0.5μM。此外，GQD还能用于谷胱甘肽（glutathione,GSH）的检测。因为GSH能够与H2O2反应生成氧化谷胱甘肽（GSSG）和水，从而消耗溶液中的H2O2，使得GQD催化TMB反应得到的蓝色产物减少。由此得到的GSH检测线性范围为0.5-100μM，该方法成功地检测了肿瘤细胞中的GSH含量[20]。
本文编号：3384914
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