氧化钒量子点纳米酶与抑菌材料的初步研究

发布时间：2020-09-09 13:19

　　纳米酶是指一类具有模拟生物酶活性的纳米材料。与天然酶相比,纳米酶具有合成成本低、易批量生产、易修饰、稳定性高等显著优势。众多纳米材料如贵金属、金属氧化物、金属硫化物、碳基材料等已被发现具有模拟酶活性,并在生化检测、癌症治疗、环境除污等领域得到了广泛应用,尤其是在抑菌领域展现出巨大的应用潜力,因为纳米酶具有良好的活性氧自由基调节能力,可使产生大量自由基而起到杀菌作用。但目前纳米酶仍然存在着催化活性位点单一、催化效率低或合成方法复杂等不足,因此,开发新型纳米材料作为低成本、高性能的纳米酶刻不容缓。过渡金属氧化物量子点是一类三维尺寸都小于100 nm(一般小于10 nm)的纳米材料,具有比表面积大、表面活性位点多、分散性好、毒性低、生物相容性好等众多优点,可以预见其是一类极具潜力的纳米酶材料,因此,开发新型量子点作为纳米酶,并将其应用于抑菌领域具有重要的研究意义。本文利用两种简便技术制备得到氧化钒量子点(VO_xQDs),并研究了其纳米酶与抑菌性能,同时为了增强其抑菌性能,将VO_xQDs一步还原硝酸银得到银/氧化钒纳米线(Ag/VO_x NW),并经纺丝后可制成高效伤口抗菌敷料。具体主要包括以下几方面的内容:一、采用自上向下一锅乙醇热法,以VO_2为前驱体合成了VO_xQDs。其在乙醇作为主要背景溶液中表现出氧化酶和过氧化物酶活性,而在磷酸盐缓冲溶液中表现出额外的超氧化物歧化酶(SOD)活性。此外,乙醇背景溶液中的TMB-VO_xQDs体系在三种不同的浓度梯度过氧化氢(H_2O_2)存在下产生三种不同的颜色。因此,我们利用反应体系的初始反应速率(V_0)、最大紫外吸收值(A)和颜色这三个变量构建了一个三维坐标系(3D-CS),以用于检测溶液中过氧化氢浓度。该体系不仅可以实现H_2O_2的快速检测,同时可以有效地避免由于过高的H_2O_2浓度对反应的抑制作用而造成的假象结果。通过对青岛春雨、青岛大沽河地表水和藻类污染水族箱水体中H_2O_2含量的测定,进一步验证了基于VO_xQDs的3D-CS技术的实用性。二、以DMSO为溶剂和剥离剂,通过简单的超声和室温搅拌策略生成了VO_xQDs。通过紫外、荧光、红外光谱、高分辨透射电镜、X射线光电子能谱等基本表征,确定该量子点粒径均匀,其直径和厚度分别为3.32和3.28 nm,且具有良好的分散性与结晶性。VO_xQDs可作为竞争性荧光传感探针实现Fe~(3+)和PPi的无标记特异性检测,同时其表现出较强的抗菌活性,可破坏金黄色葡萄球菌和大肠杆菌壁膜并抑制菌生长。三、为了发掘量子点的更多应用潜力,增强其抑菌性能,我们以VO_xQDs作为还原剂与稳定剂,通过常温一步搅拌法制备得到Ag/VO_x NW,并将其通过静电纺丝工艺掺入海藻酸钠纤维,制备出一种伤口创面敷料,可明显抑制大鼠模型创面内细菌的生长,促进大鼠创面愈合。总之,本课题通过开发新型VO_xQDs并证实其具有多酶活性与抑菌性能,其多酶活性用于三维传感器设计,扩大了生物分子检测范围;其抗菌性质可应用于抗菌敷料研发,该抗菌敷料临床应用上展现出广阔的应用前景。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1;Q55

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