基于過氧化物模擬酶的H-2O-2和葡萄糖傳感及其機(jī)制研究

基于過氧化物模擬酶的H_2O_2和葡萄糖傳感及其機(jī)制研究研究目的:人體健康效應(yīng)相關(guān)因子的檢測與傳感研究一直是預(yù)防醫(yī)學(xué)中重要的研究領(lǐng)域。過氧化氫（H₂O₂）是一種廣泛用于漂白、消毒、殺菌、氧化的工業(yè)品。同時,過氧化氫在炎癥、氧化應(yīng)激、腫瘤與衰老等多方面具有一定作用。葡萄糖是人體重要的構(gòu)成成分,也是支持生命活動的主要能量來源。人體中血清葡萄糖含量是臨床上診斷糖尿病和治療效果的指標(biāo)。因此,對H₂O₂和葡萄糖的檢測分析在環(huán)境分析,生化分析和臨床診斷中具有重要意義。納米模擬酶是一類既有納米材料的獨特性能,又有催化功能的人工模擬酶,可用于衛(wèi)生檢測中。本課題利用納米模擬酶,通過吸收光譜,熒光光譜建立過氧化氫和葡萄糖靈敏與快速的檢測方法。該研究可為衛(wèi)生檢測技術(shù)的應(yīng)用研究服務(wù),還會為納米模擬酶的理論研究領(lǐng)域奠定一定基礎(chǔ)。研究方法:1.通過水熱法合成VO₂納米纖維,VO₂納米片和VO₂納米棒,并且通過透射電子顯微鏡和X-射線粉末衍射對其進(jìn)行表征。利用米氏方程研究過氧化物模擬酶催化活性,通過過氧化氫與顯色底物3,3’,5,5’-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）的比色反應(yīng),建立一種測定H₂O₂和葡萄糖的比色傳感方法。2.室溫制備Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物,并通過紅外光譜對Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物進(jìn)行表征,利用米氏方程研究Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物過氧化物模擬酶催化活性,通過過氧化氫與不同熒光底物發(fā)生反應(yīng),建立一種測定H₂O₂熒光化學(xué)傳感方法。3.通過加熱回流法合成CdTe量子點,室溫制備Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物,通過紅外光譜對Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物進(jìn)行表征,通過過氧化氫與CdTe量子點發(fā)生反應(yīng),建立一種測定H₂O₂熒光化學(xué)傳感方法。以對苯二甲酸（TA）為熒光探針捕獲產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）,確定熒光猝滅的機(jī)制。研究結(jié)果:1.發(fā)現(xiàn)VO₂納米纖維,VO₂納米片和VO₂納米棒具有過氧化物模擬酶催化活性,能夠催化顯色底物3,3’,5,5’-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）發(fā)生顏色變化。實驗得出VO₂納米纖維,VO₂納米片和VO₂納米棒均在檸檬酸鹽緩沖溶液（pH=4.0,0.2M）中表現(xiàn)出最佳的催化活性,穩(wěn)態(tài)動力學(xué)實驗測得VO₂納米纖維,VO₂納米片和VO₂納米棒相對于底物TMB的K_M值分別為0.518,0.111和0.801mM,Vmax分別為7.95×10^-9,1.44×10^-8和4.26×10^-77M·s^-1。相對于H₂O₂的K_M值分別為1.043,2.924和6.469mM,Vmax值分別為7.64×10^-8,8.31×10^-8和1.24×10^-77M·s^-1。測定H₂O₂的線性范圍分別為0.025-10mM,0.49-60mM和0.49-16mM,H₂O₂的檢測限分別為0.018,0.266和0.41mM。測定葡萄糖的線性范圍分別為0.01-10mM,0.625-15mM和0.625-10mM,葡萄糖的檢測限分別為0.009,0.348和0.437mM。2.證明Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物具有過氧化物模擬酶催化活性,能與苯甲酸（BA）,硫胺素（TH）和3-（4-羥基苯基）丙酸（HPPA）熒光底物發(fā)生反應(yīng)。實驗得出Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物在堿性條件（pH=11.0）下具有最佳的催化活性,穩(wěn)態(tài)動力學(xué)實驗測得Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物相對于底物BA,TH和HPPA的K_M值分別為6.03×10^-4,7.95×10^-3和2.12×10^-22M,Vmax值分別為4.06×10^-7,3.68×10^-8和5.75×10^-88M·s^-1。BA,TH和HPPA相對于H₂O₂的K_M值分別為3.75×10^-7,8.31×10^-5和2.51×10^-22M,Vmax值分別為5.82×10^-7,3.02×10^-8和3.85×10^-88M·s^-1。測定H₂O₂的線性范圍分別為1×10^-8-1.6×10^-66M,1.6×10^-6-1×10^-4M和1×10^-5-2.5×10^-44M,H₂O₂的檢測限分別為6.7×10^-9,2.2×10^-7和9.6×10^-66M。3.Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物與CdTe量子點發(fā)生反應(yīng),使其熒光猝滅。實驗得出Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多酸化合物在堿性條件（pH=8.0）下具有最佳的催化活性,測定H₂O₂的線性范圍為7.8×10^-9-2.5×10^-7M。H₂O₂的檢測限為3.8×10^-9M。在最優(yōu)的條件下測定了模擬水樣中H₂O₂的含量,回收率在93.99%和110.02%之間,檢測的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為0.88%至2.78%。研究結(jié)論:1.建立了基于不同形貌VO₂納米粒子的比色檢測H₂O₂和葡萄糖的方法,該方法快速,靈敏且成本較低。與VO₂納米棒和VO₂納米片相比,VO₂納米纖維在H₂O₂和葡萄糖的檢測過程中表現(xiàn)出最強(qiáng)的過氧化物酶催化活性,檢測H₂O₂和葡萄糖的線性范圍最寬,檢測限最低。2.基于Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]多金屬氧酸鹽,構(gòu)建了一種新型、靈敏、簡單且選擇性較好的熒光增強(qiáng)法檢測H₂O₂,該方法使非熒光底物BA,TH和HPPA發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)熒光產(chǎn)物。其中,以BA為底物時,Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]催化檢測H₂O₂的線性范圍更寬,檢測限更低。3.建立了一種基于多金屬氧酸鹽和量子點技術(shù)的過氧化氫檢測方法,該方法簡單、快速、檢測限低,檢測范圍寬,并具有較好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。4.CdTeQDs-Na₁₀[α-SiW₉O₃₄]-H₂O₂體系在三種過氧化氫傳感方法中,具有最低的檢測限。5.與VO₂納米纖維和納米棒相比,VO₂納米片對TMB具有更高的親和力。與VO₂納米片和納米棒相比,VO₂納米纖維對H₂O₂具有更高的親和