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钴基过氧化物模拟酶及其生化分析应用研究

郭艳艳  
【摘要】:天然酶具有催化效率高、底物专一、种类多样等优点,从而被应用于生物、医学等各个领域。然而,天然酶也存在一些固有的缺陷如成本高、易失活、运输难等。因此,模拟酶不断发展起来。由于其高稳定性和低成本,模拟酶被广泛用作天然酶的替代物。其中基于纳米材料的模拟酶由于其比表面积大、酶活性高而被广泛用于催化过程。且它在环境监测、医学诊断、生物分析等领域发挥重要作用。其中,有序介孔碳凭借比表面积高、生物相容性好等优势被认为是一种优良的催化剂载体。常常被用来制备各种纳米复合材料。本文首先基于有序介孔碳制备了一种具有过氧化物酶活性的钴基纳米酶。另外为提高钴的原子经济性,进一步研究了一种基于钴离子的过氧化物酶体系。上述模拟酶体系具体研究内容如下:(1)首先,合成了一种生长在有序介孔碳(OMC)上的氧化钴纳米复合材料(CoO-OMC)。以3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物,该材料显示出良好的过氧化物酶活性。稳态动力学实验表明其表观最大速度(V_(max))为2.66×10~(-7) Ms~(-1),米氏常数(K_m)为3.29 mM。该方法可用于H_2O_2的比色检测。进一步,将该纳米模拟酶与葡萄糖氧化酶结合,以两步法进行葡萄糖的检测。葡萄糖的检测线性范围为0.1–5.0mM,检测限为68μM。该传感器成功应用于血清中血糖的检测。(2)另外,探讨了一系列常见的氨基酸、多肽和蛋白质对Co~(2+)过氧化物酶活性的促进作用。研究发现在20种氨基酸中,色氨酸(Trp)对Co~(2+)过氧化物酶活性的增强作用最显著。该体系可以有效地催化H_2O_2对2,2'-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)的氧化。实验发现以上配体的增强作用对HCO_3~-具有依赖性并揭示了Co~(2+)-Trp-HCO_3~-的有效催化组合。进一步优化反应条件,探讨反应机理之后,开发了一种简单、低成本的Co~(2+)传感器。其线性范围为10–300μM,检测限为0.4μM。该传感器成功用于实际样品如自来水、矿泉水和变色硅胶中Co~(2+)的检测。


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