功能化石墨烯納米材料模擬過氧化物酶及其應(yīng)用研究.pdf

1、酶是一種具有生物催化活性的高分子物質(zhì)，能夠高效專一地催化各種與生命活動相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)用十分廣泛。但酶也存在一些固有缺陷，如穩(wěn)定性差、易受外界環(huán)境影響而失活以及不易保存和制備等，極大限制了它們的應(yīng)用。實際需求促使人們尋找一種既具有酶的催化性能又簡單穩(wěn)定的物質(zhì)實現(xiàn)對酶功能的模擬。
　　氧化石墨烯(GO)具有一定的模擬酶活性，然而，隨著含氧官能團(tuán)的引入，石墨烯的大π-π共軛結(jié)構(gòu)遭到破壞，勢必會消弱其電子傳導(dǎo)能力，可能會導(dǎo)致催化性能降

2、低。相比GO，石墨烯可能具備更好的催化性能。但是，由于片與片之間的范德華力作用及π-π堆積作用，石墨烯難分散、易團(tuán)聚，限制了它的應(yīng)用。高分子聚合物功能化的石墨烯既有石墨烯原有的特性，又克服了難分散、易團(tuán)聚的問題，還可以利用功能分子特殊的性質(zhì)實現(xiàn)石墨烯與其他納米材料的復(fù)合，從而賦予其更優(yōu)異的催化活性。
　　本論文制備了聚苯乙烯磺酸鈉功能化的石墨烯(PSS-Gr)和負(fù)載納米鉑的聚苯乙烯磺酸鈉功能化的石墨烯(PSS-Gr-Pt)，對它們

3、的模擬過氧化物酶活性進(jìn)行了考察，利用這一性能建立了測定H2O2、葡萄糖、抗壞血酸(AA)和谷胱甘肽(GSH)的比色傳感方法，并應(yīng)用于實際樣品的檢測。具體研究內(nèi)容如下：
　　1. PSS-Gr模擬過氧化物酶及其在比色傳感上的應(yīng)用
　　本課題研究了PSS-Gr模擬過氧化物酶時的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)和催化機(jī)理，它的催化行為滿足典型的Michaelis-Menten動力學(xué)模型，類似于HRP，屬于乒乓機(jī)理。由于PSS-Gr具有更強的負(fù)電性，在酸

4、性條件下，更易吸附帶正電的TMB，它的的類酶活性高于石墨烯和GO。基于PSS-Gr優(yōu)越的類酶催化性能，建立了一種靈敏檢測 H2O2的方法，線性范圍為5.00×10-6-1.00×10-3 mol·L-1，檢測限為1.50×10-7 mol·L-1。葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOx)的作用下產(chǎn)生 H2O2，基于此，對葡萄糖進(jìn)行了檢測，線性范圍為6.00×10-6-4.00×10-4 mol·L-1，檢測限為2.80×10-7 mol·L-1。

5、并檢測了血漿中葡萄糖的含量，與葡萄糖試劑盒的檢測結(jié)果相符。AA具有還原性，可以消耗H2O2，抑制TMB的氧化，基于此，建立了一種新穎的比色傳感方法，對AA檢測，線性范圍為8.00×10-7-6.00×10-5 mol·L-1，檢測限為1.50×10-7 mol·L-1，并成功應(yīng)用于維生素C片和果汁中AA的檢測。
　　2. PSS-Gr-Pt模擬過氧化物酶及其在比色傳感上的應(yīng)用
　　由于納米鉑和石墨烯片層間較強的電子轉(zhuǎn)移作用及

6、其在模擬酶催化性能上的協(xié)同作用，PSS-Gr-Pt具有較高的類似過氧化物酶的催化活性，能在室溫條件下快速催化H2O2氧化TMB發(fā)生顯色反應(yīng)。PSS-Gr-Pt滿足酶促反應(yīng)的特征，催化反應(yīng)遵循乒乓機(jī)理。建立了H2O2和葡萄糖的分析方法，檢測限分別為5.19×10-9 mol·L-1和9.28×10-8 mol·L-1，與上一個工作相比，分別降低了29倍和3倍。基于GSH對H2O2或氧化態(tài)TMB(oxTMB)的還原作用，建立了檢測GSH的比