磁性纳米微球模拟酶在生物样品和环境污染物分析中的应用

摘要

酶作为一类生物有机大分子，在新陈代谢的许多有机反应中起催化作用，对人类健康领域的发展至关重要。酶对于专一性底物催化效率极高，可加速化学反应速率高达1019倍，但同时也存在敏感易变性、制备过程复杂、生产成本高、分离纯化困难的问题。因此，模拟酶的发现和研究十分必要。2007年以来，纳米技术与生物的成功结合引起人们对具有酶属性的功能化纳米材料的广泛研究。具有催化活性的磁性纳米材料作为磁性纳米酶相对于天然酶展示出诸多优点，如可控合成、价格低廉、催化活性可调节、稳定性高、可重复使用等。本文围绕Fe3O4磁性纳米酶的制备、表征及催化活性的优化，建立一种荧光通用体系，并用于实际样品中葡萄糖和对硝基苯酚的检测。
　　本研究主要内容包括：⑴以Fe3O4 MMs作为过氧化氢模拟酶，苯甲酸(BA)作为底物，建立Fe3O4/H2O2/BA荧光通用体系，检测反应产生H2O2的葡萄糖和消耗H2O2的对硝基苯酚(PNP)。Fe3O4 MMs催化H2O2（葡萄糖水解产生）氧化BA，生成具有荧光性质的OHBA。PNP和BA可同时与H2O2反应，降低体系荧光值，从而检测PNP。Fe3O4/H2O2/BA体系检测H2O2的线性范围是0.04μM-20μM，检测限是0.008μM;葡萄糖的线性范围是0.05μM-10μM，检测限是0.025μM; PNP的的线性范围是0.1μM-30μM，检测限是0.05μM。该体系具有灵敏度高和选择性好的优点，并能够准确检测人血清中的葡萄糖和水样中的对硝基苯酚，可广泛应用于生物样品检测和环境污染物分析。⑵采用热液法一步合成三种表面不同官能团修饰的磁性材料模拟酶，分别是Fe3O4/Pβ-CD、 Fe3O4/Dex和Fe3O4/PVA，并进行表征和催化性能研究。结果表明在催化检测葡萄糖方面，Fe3O4/Pβ-CD的性能明显优于Fe3O4、 Fe3O4/Dex和Fe3O4/PVA。通过单因素实验分别考察了pH、Fe3O4/P争CD浓度、BA浓度和催化时间对Fe3O4/Pβ-CD催化效果的影响。在最优条件下，H2O2和葡萄糖的检测限分别是0.015μM和0.03μM。实验还对催化专一性进行了研究，结果显示其它糖类对葡萄糖的检测几乎没有干扰。Fe3O4/Pβ-CD模拟酶检测血糖含量准确度高，加入4 mM的标准葡萄糖溶液后，回收率介于90.78％和102.57％之间。Fe3O4/Pβ-CD模拟酶连续10次重复催化H2O2，催化活性保留了80％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物酶与模拟酶

1．2 磁性纳米模拟酶

1．2．1 磁性纳米模拟酶的发展历史

1．2．2 磁性纳米模拟酶的特点

1．2．3 磁性纳米模拟酶的分类

1．2．4 磁性纳米模拟酶的活性调节

1．3 磁性纳米模拟酶的应用

1．3．1 磁性纳米模拟酶用于生物医学诊断

1．3．2 磁性纳米模拟酶用于环境污染物降解

1．4 课题提出与研究内容

第二章 Fe3O4纳米微球作为过氧化物模拟酶荧光检测葡萄糖和对硝基苯酚

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与材料

2．2．2 实验仪嚣

2．2．3 磁性纳米Fe3O4粒子的制备

2．2．4 Fe3O4纳米徽球作为类过氧化物酶检测过氧化氢

2．2．5 Fe3O4纳米微球作为类酶检测葡萄糖

2．2．6 磁性纳米Fe3O4粒子作为类酶检测对硝基苯酚

2．3 结果与讨论

2．3．1 Fe3O4 MMs透射电镜表征

2．3．2 Fe3O4／H2O2／BA荧光体系检测葡萄糖和PNP原理

2．3．3 Fe3O4 MMs过氧化物模拟薯催化活性的验证

2．3．4 单因素实验考察Fe3O4 MMs过氧化物模拟酶催化条件

2．3．5 Fe3O4／H2O2／BA荧光体系检测H2O2

2．3．6 Fe3O4／H2O2／BA荧光体系检测葡萄糖

2．3．7 Fe3O4／H2O2／BA荧光体系检测PNP

2．3．8 结论

第三章 磁性Fe3O4／Pβ-CD纳米复合徽球作为过氧化物模拟酶高效检测葡萄糖

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 Fe3O4／Pβ-CD复合微球的制备

3．2．4 Fe3O4／Pβ-CD复合微球作为类酶检测葡萄糖

3．3 结果与讨论

3．3．1 复合微球透射电镜表征

3．3．2 复合微球红外光谱表征

3．3．3 复合微球热重分析和元素分析

3．3．4 复合微球X射线衍射表征和拉曼光谱表征

3．3．5 Fe3O4／Pβ-CD复合微球模拟酶催化活性研究

3．3．6 Fe3O4／Pβ-CD复合徽球作为类酶检测H2O2

3．3．7 Fe3O4／Pβ-CD复合微球作为过氧化物模拟酶检测葡萄糖

3．3．8 Fe3O4／pβ-CD复合微球可重复使用率研究

3．3．9 Fe3O4／Pβ-CD复合微球可能的催化机理研究

3．3．10 小结

第四章 结论与创新点

4．1 主要结论

4．2 创新点

参考文献

研究成果及发表的学术论文

致谢

作者及导师简介