Mn基二维材料的高性能柔性生物传感器件的研究
发布时间：2020-06-08 14:49
【摘要】：超氧阴离子(O2·-),作为一种特殊的活性氧,参与生物体内许多重要的生理生化反应。因此,O2·-的定量检测对于研究其致病机理以及预防其诱发的疾病具有十分重要的意义。目前已经研究出多种检测O2·-的方法,并应用于生物和化学体系。尽管如此,实现这些需求仍然存在着巨大的挑战,特别是对活细胞释放的O2·-的原位定量检测。因为细胞释放的O2·-浓度很低、寿命很短,且生物体内存在各种干扰小分子。基于先前研究的基础上,成功合成了表面氧缺陷MnTiO3纳米材料仿生酶。通过直接将Mn、Ti、O三种元素结合,可以改善锰氧化物的导电性,表面导电性差的氧原子大量缺失,进一步提高了材料的导电性。此外,表面氧缺陷将大量活性中心Mn暴露出来加强了材料的催化活性。基于此,表面氧缺陷MnTiO3纳米仿生酶对O2·-的检测灵敏度高达126.48μAμM-1 cm-2,线性检测范围宽达5.75-24955 nM,检测限低至1.54 nM。其性能远高于表面无氧缺陷的MnTiO3纳米材料。Mn3(PO4)2作为另一种O2·-仿生酶,不仅对O2·-具有极好的催化活性,也具有良好的生物相容性。然而,与其金属氧化物类似,Mn3(PO4)2的导电性较差,通过与其他导电材料的结合可以改善其导电性。本文首次通过协同复合具有丰富活性位点的二维Mn3(PO4)2纳米片和具有高电导率和丰富表面官能团的MXene(Ti3C2Tx)纳米片,设计并组装了一种具有异质结结构的仿生酶。Mn3(P04)2纳米片和MXene纳米片的异质结具有很强的界面相互作用,这有效地改善了材料的电子转移能力和对O2·-的催化检测活性。因此,Mn3(PO4)2/MXene仿生酶对02·-的检测灵敏度高达64.93 μA μM-1 cm-2,线性检测范围宽达5.75-25930 nM,检测限低至1.63 nM。其性能远高于单个组件和物理混合物,以及最近报道的基于Mn3(PO4)2的传感平台。二维结构和较强的界面相互作用也使该复合材料具有良好的柔韧性,在100多次弯折后仍能保持完整。Mn3(PO4)2和Mxene具有独特的理化性质和良好的生物相容性,使得Mn3(P04)2/MXene复合材料能够通过实时定量检测细胞释放的O2·-对活细胞进行监测和对药物疗效进行评价。
【图文】：
苏州科技大学硕士论文 第一章 绪论是相反的，从而限制了三线态氧与大多数有机分子的反应[19, 20]。不过基态氧却可以通过能量转移或电子转移反应转化成反应活性更强的 ROS 形式。前者导致单线态氧的形成，而后者导致超氧阴离子（O2 ）、过氧化氢（H2O2）和羟基自由基（HO ）的还原生成[21]，如图 1-1 所示。在正常的生理状态下，，这些分子被不同的抗氧化成分清除，从而维持着 ROS 的浓度处于一个正常状态[22]。但是，ROS 的产生和清除之间的平衡可能受到许多不利环境因素的干扰。受到这些干扰，细胞内的 ROS 浓度会迅速升高[23-26]。此外为了应对某些环境的变化，生物体会通过活化各种氧化酶和过氧化物酶产生 ROS。因此，对生物体产生有害影响的条件可能是生物有关的，如其他生物体施加的；也可能是非生物的，如物理或化学环境过量或不足导致的。虽然生物体对各种不利环境因素的响应可能有一些共性，但由生物或非生物因素引起的 ROS 浓度升高通常归因于不同的机制。
苏州科技大学硕士论文 第一章 绪论检测该传感器也表现出高灵敏度和好的选择性。对比于上述的其他方法，电化学传感不仅具有电子顺磁共振法高灵敏度、高特异性、直接检测活性氧的优点，还具有另外三种方法成本低、操作简单，检测快速的优点。此外，电化学传感还可以原位、实时、连续地检测活性氧浓度的变化。因此电化学传感成为了许多科研人员研究活性氧相关疾病的病变机理的首选方法。本文也是采取电化学传感的方法检测 O2 。1.3 本文的选题依据及研究思路
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TQ137.12;TP212
本文编号：2703239
【图文】：
苏州科技大学硕士论文 第一章 绪论是相反的，从而限制了三线态氧与大多数有机分子的反应[19, 20]。不过基态氧却可以通过能量转移或电子转移反应转化成反应活性更强的 ROS 形式。前者导致单线态氧的形成，而后者导致超氧阴离子（O2 ）、过氧化氢（H2O2）和羟基自由基（HO ）的还原生成[21]，如图 1-1 所示。在正常的生理状态下，，这些分子被不同的抗氧化成分清除，从而维持着 ROS 的浓度处于一个正常状态[22]。但是，ROS 的产生和清除之间的平衡可能受到许多不利环境因素的干扰。受到这些干扰，细胞内的 ROS 浓度会迅速升高[23-26]。此外为了应对某些环境的变化，生物体会通过活化各种氧化酶和过氧化物酶产生 ROS。因此，对生物体产生有害影响的条件可能是生物有关的，如其他生物体施加的；也可能是非生物的，如物理或化学环境过量或不足导致的。虽然生物体对各种不利环境因素的响应可能有一些共性，但由生物或非生物因素引起的 ROS 浓度升高通常归因于不同的机制。
苏州科技大学硕士论文 第一章 绪论检测该传感器也表现出高灵敏度和好的选择性。对比于上述的其他方法，电化学传感不仅具有电子顺磁共振法高灵敏度、高特异性、直接检测活性氧的优点，还具有另外三种方法成本低、操作简单，检测快速的优点。此外，电化学传感还可以原位、实时、连续地检测活性氧浓度的变化。因此电化学传感成为了许多科研人员研究活性氧相关疾病的病变机理的首选方法。本文也是采取电化学传感的方法检测 O2 。1.3 本文的选题依据及研究思路
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TQ137.12;TP212
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 李培峰，方允中;活性氧对蛋白质的损伤作用[J];生命的化学(中国生物化学会通讯);1994年06期
本文编号：2703239
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