纳米酶基比色传感器的设计及其对饮用水中酚类污染物的检测研究
发布时间：2021-10-09 19:55
随着科技的进步和社会的发展,人们的生活质量逐步提升,食品安全问题也逐渐进入公众视野。食品中的内源性和外源性污染正危害着人们的健康,其中酚类污染物作为外源污染物中对人体最有害的污染物之一正逐步进入公众的视野。酚类污染物被广泛应用于工农业的生产当中,因处理和排放不当,极易使地表水受到污染,并通过食物链进行富集,最终危害动物体和人体的健康,而生活中的饮用水大多采用地表水作为原水并通过净化得到,因此对于饮用水中酚类污染物的检测具有至关重要的意义。纳米模拟酶（简称纳米酶,Nanozyme）是一类具有类酶催化特性的纳米材料,因其与天然酶相比具有高稳定性、成本低廉等优点而引起了人们的广泛关注。近年来,大量纳米酶被用于模拟多种天然酶,包括氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等,其类酶催化特性使得纳米酶被广泛应用于生化检测、环境治理、生物医学等诸多领域。然而,尽管纳米酶的稳定性高、价格低廉且易于制备,其仍存在催化活性较低、选择性较差等问题。基于以上问题,本文将通过对具有类酶催化活性的纳米材料进行合理调控,进而设计多种纳米酶基比色传感器及阵列,并将其应用于饮用水中典型酚类污染物的可视化快速检测,主要内容包括:1...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）ssDNA诱导调控AuNPs用于比色检测苯酚[27]；（B）HRP-无机杂化纳米花的制备过程及其对苯酚的检测机理图[28]
纳米酶基比色传感器的设计及其对饮用水中酚类污染物的检测研究6活性，可以在H2O2的存在下，催化底物3,3,5,5-四甲基联苯胺（TMB）发生显色反应（图1.2），从而达到检测葡萄糖的目的。过氧化物模拟酶因其在生物传感和免疫测定领域具有广阔的应用前景而备受关注。图1.2Fe3O4纳米颗粒负载石墨烯纳米材料制备示意图[49]Fig.1.2PreparationmechanismofFe3O4NPs-loaded3Dgraphenenanocomposites（2）氧化酶氧化酶是指可以直接催化水体中的溶解氧产生超氧阴离子（O2–）从而使底物发生氧化的一类酶，具体的催化机理如下：AH+O2A+H2OAH+O2+H2OA+H2O2（1.2）通常来说，氧化酶的名称是由被氧化的底物所决定的，例如葡萄糖氧化酶（GOx）、乙醇氧化酶（AOx）、乳酸氧化酶（Lox）、胆固醇氧化酶（Cox）和尿酸氧化酶（UOx）等，这些酶所作用的底物分别是葡萄糖、乙醇、乳酸、胆固醇和尿酸。到目前为止，已经发现有几种纳米材料可以表现出类氧化酶催化活性，如Au@Pt[50]、MnO2[51]和CeO2[52]等。Liu等人[45]合成了一种具有氧化酶催化活性的MnO2纳米片，并基于此构建了一种谷胱甘肽（GSH）的比色检测方法。具体检测机理如图1.3所示，在MnO2纳米片的催化作用下，TMB被氧化成蓝色产物–TMBox，紫外可见吸收峰在650nm处明显上升，当向反应体系中加入GSH时，GSH可显著抑制纳米酶的催化作用，导致650nm处的吸收峰降低，且反应体系的颜色变浅，根据反应体系颜色的变化，可达到可视检测GSH的目的。oxidaseoxidase
江苏大学硕士学位论文7图1.3MnO2纳米片作为氧化酶检测GSH的示意图及对应的紫外–可见吸收光谱图和照片[45]Fig.1.3CatalyticmechanismofMnO2nanosheetswithoxidase-likeactivityfordetectionofGSHandthecorrespondingU-visabsorptionspectraandphotograph（3）过氧化氢酶过氧化氢酶是指可以催化H2O2分解为水和氧气的酶，反应机理如下所示：2H2O22H2O+O2（1.3）H2O2作为超氧自由基反应过程的稳定终产物，在生物系统中具有双重作用。它既可以充当信号分子，也可以充当非自由基的活性氧。虽然H2O2本身较为稳定且活性较低，但其可通过芬顿反应转化为高活性对人体有危害的OH。而在自然界中，过氧化氢酶是将H2O2催化分解为无害且活性较低的氧气的最有效的酶[53,54]。到目前为止，许多金属氧化物被发现具有类过氧化氢酶催化活性，如氧化铁Fe2O3纳米颗粒、Co3O4纳米颗粒和RuO2纳米颗粒等[55,56]，但目前过氧化氢酶的应用领域尚未大量报道，因此需深入探究。（4）超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（SOD）是一类可以催化O2–产生H2O2和氧气的酶，反应机理如下所示：2O2–+2H+H2O2+O2H2O2O2+2H2O（1.4）活性氧（ROS）是存在于人体和动物体中一类氧的单电子还原产物，包括O2–、OH和H2O2等。这些物质在人体细胞中具有很高的活性，当活性氧累计过多时，会对机体造成一定的损伤，例如脏器受损，机体产生炎症等，而SOD是人体细胞中重要的抗氧化酶，可以有效清除人体过多的ROS。由于天然的SOD稳定性较差且成本较高，因此需CatalaseoxidaseSOD
本文编号：3426913
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）ssDNA诱导调控AuNPs用于比色检测苯酚[27]；（B）HRP-无机杂化纳米花的制备过程及其对苯酚的检测机理图[28]
纳米酶基比色传感器的设计及其对饮用水中酚类污染物的检测研究6活性，可以在H2O2的存在下，催化底物3,3,5,5-四甲基联苯胺（TMB）发生显色反应（图1.2），从而达到检测葡萄糖的目的。过氧化物模拟酶因其在生物传感和免疫测定领域具有广阔的应用前景而备受关注。图1.2Fe3O4纳米颗粒负载石墨烯纳米材料制备示意图[49]Fig.1.2PreparationmechanismofFe3O4NPs-loaded3Dgraphenenanocomposites（2）氧化酶氧化酶是指可以直接催化水体中的溶解氧产生超氧阴离子（O2–）从而使底物发生氧化的一类酶，具体的催化机理如下：AH+O2A+H2OAH+O2+H2OA+H2O2（1.2）通常来说，氧化酶的名称是由被氧化的底物所决定的，例如葡萄糖氧化酶（GOx）、乙醇氧化酶（AOx）、乳酸氧化酶（Lox）、胆固醇氧化酶（Cox）和尿酸氧化酶（UOx）等，这些酶所作用的底物分别是葡萄糖、乙醇、乳酸、胆固醇和尿酸。到目前为止，已经发现有几种纳米材料可以表现出类氧化酶催化活性，如Au@Pt[50]、MnO2[51]和CeO2[52]等。Liu等人[45]合成了一种具有氧化酶催化活性的MnO2纳米片，并基于此构建了一种谷胱甘肽（GSH）的比色检测方法。具体检测机理如图1.3所示，在MnO2纳米片的催化作用下，TMB被氧化成蓝色产物–TMBox，紫外可见吸收峰在650nm处明显上升，当向反应体系中加入GSH时，GSH可显著抑制纳米酶的催化作用，导致650nm处的吸收峰降低，且反应体系的颜色变浅，根据反应体系颜色的变化，可达到可视检测GSH的目的。oxidaseoxidase
江苏大学硕士学位论文7图1.3MnO2纳米片作为氧化酶检测GSH的示意图及对应的紫外–可见吸收光谱图和照片[45]Fig.1.3CatalyticmechanismofMnO2nanosheetswithoxidase-likeactivityfordetectionofGSHandthecorrespondingU-visabsorptionspectraandphotograph（3）过氧化氢酶过氧化氢酶是指可以催化H2O2分解为水和氧气的酶，反应机理如下所示：2H2O22H2O+O2（1.3）H2O2作为超氧自由基反应过程的稳定终产物，在生物系统中具有双重作用。它既可以充当信号分子，也可以充当非自由基的活性氧。虽然H2O2本身较为稳定且活性较低，但其可通过芬顿反应转化为高活性对人体有危害的OH。而在自然界中，过氧化氢酶是将H2O2催化分解为无害且活性较低的氧气的最有效的酶[53,54]。到目前为止，许多金属氧化物被发现具有类过氧化氢酶催化活性，如氧化铁Fe2O3纳米颗粒、Co3O4纳米颗粒和RuO2纳米颗粒等[55,56]，但目前过氧化氢酶的应用领域尚未大量报道，因此需深入探究。（4）超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（SOD）是一类可以催化O2–产生H2O2和氧气的酶，反应机理如下所示：2O2–+2H+H2O2+O2H2O2O2+2H2O（1.4）活性氧（ROS）是存在于人体和动物体中一类氧的单电子还原产物，包括O2–、OH和H2O2等。这些物质在人体细胞中具有很高的活性，当活性氧累计过多时，会对机体造成一定的损伤，例如脏器受损，机体产生炎症等，而SOD是人体细胞中重要的抗氧化酶，可以有效清除人体过多的ROS。由于天然的SOD稳定性较差且成本较高，因此需CatalaseoxidaseSOD
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