构建新型过渡金属纳米酶及其在比色分析中的应用

发布时间：2018-01-31 07:33

  本文关键词： 纳米酶 贵金属合金 过渡金属硫化物 类过氧化物酶活性 比色分析法 过氧化氢检测 汞离子检测　出处：《兰州大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：二十一世纪初,纳米技术的巨大进步带来了材料科学的全面快速发展,特别是在化学、生物领域。研究发现,一些纳米材料因尺度效应而表现出许多意想不到的生物酶特性,可应用于生物传感、免疫测定、癌症诊疗、神经保护、干细胞生长以及环境污染治理等诸多领域,并取得了巨大成功。本论文通过文献检索有关纳米材料模拟酶的研究工作,提出了纳米酶研究所面临的挑战和发展的方向,从贵金属合金到过渡金属硫化物,从过氧化氢检测到汞离子检测,从乳制品检验到化妆品检验,循序渐进地尝试探索并成功制备了六种新型过渡金属纳米酶,通过材料表征、性能测试和机理探究,建立了一套检测过氧化氢及金属汞离子的简便高效方法,有望在食品安全、环境监测和污染治理等领域有良好应用前景。主要研究内容如下:在第一章中,我们主要检索了近年来纳米材料作为模拟酶的研究进展,分析了纳米酶的组成类型,对调节纳米酶活性的主要方法进行了归纳,对目前纳米酶实际应用进行了分类阐述,最后展望了纳米酶研究的未来方向,并阐明本论文的立题依据与研究内容。在第二章中,我们利用贵金属制备了三维分级多孔铂铜树枝晶(HPPtCuDs),这是一种新型过氧化物纳米酶。通过对HPPtCuDs的形貌、结构和组成进行系统表征,发现这种特殊三维多孔的树枝状结构具有独特的几何效应和电子效应,能催化过氧化物酶底物联苯胺(TMB)与过氧化氢(H2O2)的反应。在对实验条件优化的基础上进行动力学研究,结果表明,相比于Pt Cu树枝晶和Pt微粒,HPPtCuDs对TMB和H2O2具有更强的亲和力。基于HPPtCuDs构建了高灵敏度的H2O2传感器,其线性范围为0.3 325μM,检测限为0.1μM。由于HPPtCuDs纳米酶具有良好的抗干扰能力、稳定性和可重复利用等特性,已成功应用于检测乳制品等中H2O2含量。在第三章中,为降低纳米酶的成本,我们利用Al3+对硫化铜纳米粒子(CuxSyNCs)形貌的调控和温度对尺寸的影响,分别制备了CuS纳米片、Cu9S8纳米四面体和Cu1.8S纳米立方体等三种不同形貌、具有超小粒径以及分散性好的铜硫化物纳米材料。通过对CuxSyNCs的形貌、粒子大小、结构和组成进行表征。在考察CuxSyNCs的类过氧化物酶催化活性的基础上,我们发现CuxSyNCs能够催化氧化TMB和过氧化氢后形成蓝色产物。对比三种CuxSy纳米酶的催化性能后,Cu1.8S纳米晶体表现出比其他两种硫化铜纳米晶体更强的过氧化氢类酶催化活性,对TMB表现出很高的亲和性。在进行离子抗干扰试验时,进一步发现TMB-H2O2体系中加入Hg2+对催化反应有促进作用。通过优化实验条件,构建了一个基于Cu1.8S纳米酶的H2O2传感器,线性范围是1-40μM,检测限是0.5μM,预期在食品安全定性检测方面有良好应用前景。在第四章中,利用二硫化钼纳米片(MoS2NSs)类过氧化物酶活性的促进效应,建立了一种比色法检测汞离子的方法。研究发现,Hg2+的促进效应很大程度受到表面电荷变化的影响,当采用带有负电荷的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)包裹的MoS2NSs时,蓝色氧化产物减少;而采用带有正电荷的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)包裹的MoS2纳米片,则蓝色氧化产物小幅增加。通过优化实验条件,构建了基于MoS2NSs的高灵敏度的Hg2+传感器,其线性范围为2.0-200μM,检测限为0.5μM,检测效果与ICP-AES相当,且具有良好的灵敏度、选择性和稳定性,可用于化妆品中的汞检测。在第五章中,基于MoS2-Au类过氧化物酶活性对Hg2+离子的高灵敏性和高选择性,开展了比色法对自来水中Hg2+离子的检测研究。加入Hg2+可刺激材料的过氧化物类酶活性,获得对TMB和H2O2催化反应的低Km值。这种刺激作用更是可直接应用于Hg2+的检测,由此获得宽的线性响应,从20 nM-20μM,检测限(LOD)达5nM。该测定法具有良好的选择性,成功应用于自来水中Hg2+的测定,有望应用于环境监测。
[Abstract]:浜屽崄涓，

本文编号：1478590