氧化钒类过氧化物酶活性研究

发布时间：2020-04-03 02:52

【摘要】：自从Fe的氧化物被发现具有类似于辣根过氧化物酶(HRP)的生物催化活性以来,包括Fe_3O_4、Fe_2O_3、ZnFe_2O_4等在内多种Fe氧化物及其配合物均被报道具有类似的催化活性。近来的研究表明,V的高价氧化物V_2O_5纳米线和低价的氧化物VO_2纳米颗粒也具有类似的催化活性。本论文工作首先概述了人工模拟酶的发展现状,详细讨论了以氧化铈基纳米材料和氧化铁基纳米材料为代表的金属氧化物材料在模拟超氧化物歧化酶、氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶时所具有的性质及应用。然后简述了V氧化物在模拟过氧化物酶时的特征和优势,展望其发展前景。在此基础上,本论文重点研究了表面处理及Ti掺杂对B相VO_2纳米(VO_2(B))粉体的微结构及类过氧化物酶活性的影响机制,具体工作如下:(1)采用水热合成法制备颗粒均匀的长棒状VO_2(B)粉体,验证其具有类过氧化物酶活性。通过35℃恒温通氧处理的工艺方法,探究VO_2(B)活性变化规律。研究VO_2(B)酶学催化机制、类过氧化物酶活性来源以及VO_2(B)活性变化的原因。实验发现通氧处理可大幅度提升VO_2(B)类过氧化物酶活性,通氧处理后的VO_2(B)催化比活力提升至处理前的约6倍,使得其具有了显著优于其他类过氧化物酶且更接近于辣根过氧化物酶(HRP)的高活性特征。动力学测试证实其酶学催化机制为顺序机制,活性来源为VO_2(B)颗粒本身而非含V离子基团。结合XRD、FTIR、SEM、XPS、Raman等微观分析方法,证明其活性大幅提高的原因可归结为氧原子进入引起的V价态比变化以及氧原子进入表面引起的局部晶格调整。(2)以晶粒尺度为3nm的锐钛矿TiO_2为掺杂源制备掺Ti的VO_2(B)粉体,研究Ti掺杂VO_2(B)的类过氧化物酶活性随掺杂量的变化规律,比较Ti掺杂VO_2(B)与未掺杂VO_2(B)的催化活性优劣。XPS测试证实了Ti在VO_2(B)的结构中以+4价形式存在,XRD、SEM、Raman等微观测试证明Ti掺杂VO_2(B)保持了B相的基本晶体结构和长棒状的形貌特征,长时间水热证明Ti掺杂使得VO_2(B)中不会出现其它杂相,活性测试实验结果表明掺杂可以有效提升VO_2(B)的酶活性。(3)研究并测得了VO_2(B)粉体在H_2O_2检测、葡萄糖检测时的最低检测限和线性检测范围等参数,通过选择性测试实验证实了VO_2(B)用于检测葡萄糖时对底物的专一性。
【图文】：

在过去的数十年里，研究人员已经成功合成了高度稳定和低成本的人工酶，，作为天然酶的廉价替代品在各领域得到了广泛的应用。近年来，一些纳米材料已经发现了意想不到的类似酶的活性，并且取得了巨大的进展。如图1-1所示，为自然界中天然酶以及后续人工酶的发现史。已有综述[12]详细介绍了各种纳米材料被用来模仿不同酶的种类，以及它们的动力学分析、活性机理和在许多领域的应用。并且总结了纳米酶发挥其催化活性的机理以及几个调整纳米酶活性机制。在有些研究中发现某些金属氧化物纳米材料在模拟天然酶时因为环境不同也会表现出不同的酶的特性，或者更有甚者在同个环境下可以因为些许差异同时表现出两种酶的特性，这些特性都是天然酶所不具有的。

[4]，空位工程纳米粒子确实保护正常细胞，但不保护肿瘤细胞免受辐射损伤(图1-2)。纳米氧化铈粒子的保护作用归因于其可以诱导制造消除辐射的自由基，而这些自由基是通过Ce3+-Ce4+-Ce3+再生过程来实现的。正常细胞与肿瘤细胞的差异保护能力可能是由于肿瘤细胞染色质包装松散，从而暴露了更多自由基攻击的基点。在这项早期工作之后，大量研究证实了纳米氧化铈粒子的酶(包括SOD、过氧化氢酶、氧化酶等)模拟性质。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ426.97

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本文编号：2612828