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基于纳米金模拟酶活性的生物分析化学研究

隆异娟  
【摘要】:纳米金颗粒因为具有制备方便、性质稳定、生物相容性好、表面修饰容易等优点而被广泛应用于分析化学中。目前,基于其表面等离子吸收性质的改变而建立的光度分析方法发展已十分成熟,实现了对各种目标物的分析检测,但其在生物模拟酶方面的研究尚未发展起来。本文研究纳米金材料的过氧化物模拟酶活性,并建立了对重金属离子Hg2+的光度分析新方法,实现了水体中染料孔雀石绿的实时降解监测。取得如下四个方面的研究结果: 1、发现汞对纳米金粒子过氧化物模拟酶活性的调控,并建立了汞离子的选择性和高灵敏的检测。研究发现,柠檬酸根包被的纳米金粒子具有较低的过氧化物模拟酶活性,不能在H202存在下催化其底物的显色。当其与溶液中汞离子共存时,其表面的柠檬酸根离子可以将汞离子还原成为汞单质。由于汞单质与纳米金粒子表面具有很高的亲和性,因此在众多金属物质中唯其易于附着在纳米金粒子表面,从而改变纳米金粒子的表面性质。由于纳米金粒子的过氧化物模拟酶活性与其表面性质有关,汞单质在纳米金粒子表面的附着也改变了纳米金粒子的过氧化物模拟酶活性。通过考察附着汞单质之后纳米金粒子催化H202底物显色程度的差别,我们发现,此途径增强了纳米金粒子的过氧化物模拟酶活性,且在一定浓度范围内,H2O2底物显色程度的增加与溶液中汞离子的浓度成线性关系。据此,我们建立了溶液中汞离子的灵敏检测方法。该方法对汞离子检测的线性方程为A=0.019+0.002c,线性相关系数为0.9980,检测限为3.5×10-11M。 2、发展了一种快捷简便的包埋纳米粒子的方法。在琼脂形成凝胶的过程中,实现其对分散在其溶液中的纳米粒子的包埋,从而最终制备成功纳米粒子-琼脂凝胶复合材料。研究发现,形成这种复合材料后,纳米粒子的单分散性、个体粒子的稳定性、其独特的光学性质和催化性质都得到了很好的保持。而且,由于琼脂凝胶的良好包埋作用,形成的复合材料具有超越纳米材料本身的稳定性。在强酸、强碱、高盐和有机溶剂的条件下,复合材料能够长时间稳定存在,这为开发其在更多复杂环境和反应中的实际应用提供了良好的保障。在此基础上制备了一种纳米金粒子-琼脂凝胶复合材料的汞离子传感器,能够实现对8.0×10-8-6.0×10-7M的范围内的汞离子的检测。进一步发展了新型的琼脂膜支持的纳米粒子复合材料,具有很好的抑菌活性,可为制备新型的抗菌材料以及缓释的抗菌剂型提供参考。 3、纳米金簇用于尿酸的检测。纳米金簇具有良好的荧光性能,通过考察纳米金簇与H202的相互作用,我们发现,溶液中少量的H202能够引起纳米金簇荧光的猝灭。尿酸在尿酸酶的作用下能够定量的产生H202,通过对所产生的H202所引起的纳米金簇荧光强度的降低,可以间接的对尿酸进行检测。据此,我们建立了一种检测血清中尿酸浓度的方法。该方法的线性方程为线性方程为△IF=-0.188+0.247c,r值为0.9908,检测限为7μM。尽管该方法的检测限较高,但也可以满足人体血清中尿酸含量的检测。通过该方法的检测结果与医院检测结果的对比,两者无显著性差异,说明该方法较为可靠。 4、纳米金簇催化水体中染料孔雀石绿的化降解。由于纳米金簇具有过氧化物模拟酶性质,我们设想纳米金簇可以催化H202生成大量的羟自由基。利用羟自由基的强氧化性,实现孔雀石绿的催化氧化降解。研究发现,在H202浓度为1M,pH为3.78的条件下,5mg/ml的BSA-Au cluster能在25min内完成对93%的1×10-4M的孔雀石绿的降解脱色。当反应进行到约1h时,98%的孔雀石绿可被降解。而且,在此实验中,纳米金簇的稳定剂BSA也能对孔雀石绿的移除具有协同作用,通过BSA最终的絮凝沉降,可以携带溶液中剩余的染料分子分离,使得水体的孔雀石绿几乎完全可以被移除。 通过上述研究,我们认为可以对纳米金粒子过氧化物模拟酶模拟酶的活性进行调控,并在此基础上实现参与活性调控的物质的检测。该研究对目前的基于纳米材料的过氧化物模拟酶在分析化学、尤其是光分析化学中的应用是一个新的补充,可以进一步阐明基于纳米材料的过氧化物模拟酶活性的产生机制,也可以大大丰富其应用于更多目标物的分析检测,充分挖掘这种纳米材料新性质的潜力。我们发展的基于琼脂凝胶和琼脂膜的纳米粒子包埋方法,操作简便,效果显著,为众多的具有热稳定性的纳米粒子的复合材料的开发奠定了基础。此外,由于H202是以一种无次生毒害的氧化剂,因此,开发基于纳米粒子过氧化物模拟酶的染料降解也是值得研究的课题。在利用纳米粒子过氧化物模拟酶活性的基础上,结合纳米众多纳米粒子易于制备、便于修饰,可以沉降分离或者磁分离等特点,有望开发出催化效率高、最终能与水体分离并且可以重复利用的用于染料废水处理的纳米粒子过氧化物模拟酶。 总之,我们通过实验,拓展了纳米金粒子和纳米金簇过氧化物模拟酶在光分析和其他领域的应用。这些方法都廉价、快速、可视,效果良好,为进一步开发基于纳米材料的模拟酶的应用提供了参考。


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