基于過氧化物模擬酶放大信號的發(fā)光化學(xué)傳感器的構(gòu)建及應(yīng)用研究.pdf

1、過氧化物酶是以鐵卟啉為輔基的氧化還原酶,在動植物和微生物中廣泛存在,可有效催化多種氧化物或過氧化物氧化其它物質(zhì)。過氧化物酶不僅參與多種生理反應(yīng),還是臨床檢驗中最常用的酶,廣泛應(yīng)用于多個生化檢測項目和各種免疫試劑盒。然而,作為一種天然酶,過氧化物酶在非生理條件下,特別是工業(yè)條件(如高溫、高壓、極端pH、重金屬和有機溶劑等)中,容易受到多種物理、化學(xué)因素的影響,而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化、失去催化活性;另外,過氧化物酶在生物體內(nèi)的含量很低,故分離純化難

2、、成本高、價格貴,從而大大限制了其實際應(yīng)用。
　　因此,研究和開發(fā)具有穩(wěn)定性高、成本低的人工模擬酶來代替過氧化物酶,已經(jīng)成為多學(xué)科交叉的研究熱點。在過去的幾十年里,人們已經(jīng)在人工模擬酶領(lǐng)域取得了顯著的成績,開發(fā)了許多具有過氧化物催化活性的人工模擬酶,如卟啉類模擬酶、氯化血紅素/G-四鏈體DNA過氧化物模擬酶、分子印跡聚合物模擬酶等。除此之外,具有過氧化物模擬酶催化活性的納米材料,也引起了研究者極大的興趣,諸如碳基納米材料、金屬納米

3、材料和金屬氧化物納米材料等都展現(xiàn)出不俗的過氧化物模擬酶催化活性,在生物、醫(yī)藥、環(huán)境等方面應(yīng)用廣泛。
　　直至今天,人工模擬酶在分析化學(xué)中的應(yīng)用還面臨著一些困難,如模擬酶的催化活性低于天然酶,催化底物的專一性也比不上天然酶。因此,如何開發(fā)人工模擬酶在生物分析和環(huán)境檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用仍然是富有挑戰(zhàn)性的課題。
　　本文圍繞著將過氧化物模擬酶作為傳感體系的信號放大催化劑應(yīng)用于發(fā)光傳感器,開展了以下工作:
　　1)將能夠在強堿性介

4、質(zhì)中工作的氯化血紅素/G-四鏈體DNA過氧化物模擬酶,代替辣根過氧化物酶作為標記酶,應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光免疫分析。該項工作為堿性環(huán)境中各種物質(zhì)(如嗜堿微生物等)的檢測提供了一種可行的分析方法;
　　2)根據(jù)一些納米材料不僅具有高的過氧化物模擬酶催化活性,還具有良好的光致發(fā)光特性,嘗試將傳感體系的催化劑和熒光探針都集成到同一納米材料上,構(gòu)建新型無酶熒光傳感器;這種設(shè)計不僅簡化了傳感體系的構(gòu)成元素,而且拉近了催化劑和熒光探針的距離,有效地提

5、高了傳感體系的靈敏度?；谶@種傳感原理,本論文成功構(gòu)建了三種不同分析物的高靈敏度、高選擇性的新型無酶熒光傳感器。
　　全文共分為六個部分,第一章為緒論,總結(jié)了近幾年國內(nèi)外關(guān)于卟啉類過氧化物模擬酶、氯化血紅素/G-四鏈體 DNA過氧化物模擬酶、納米材料模擬酶等人工過氧化物模擬酶在光學(xué)傳感器中的研究進展。
　　第二章研究了氯化血紅素/G-四鏈體DNA過氧化物模擬酶對于魯米諾-H2O2化學(xué)發(fā)光體系催化作用。實驗結(jié)果表明,對于該化學(xué)

6、發(fā)光體系可在強堿性條件下工作的氯化血紅素/G-四鏈體 DNA過氧化物模擬酶具有比辣根過氧化物酶更高的催化活性。我們將該DNA過氧化物模擬酶標記到二抗上,建立了一種高靈敏度、高選擇性的人瘦素化學(xué)發(fā)光免疫傳感器。該傳感器對于人瘦素的線性響應(yīng)范圍是10到1000 pg mL?1,檢出限是1.9 pg mL?1。
　　第三章將氯化血紅素/G-四鏈體DNA過氧化物模擬酶和Fe3O4@Au磁性納米復(fù)合材料相結(jié)合,建立了人瘦素高靈敏度、高選擇性

7、的三明治夾心型化學(xué)發(fā)光免疫傳感器。為了構(gòu)建這樣一個傳感平臺,首先合成了核殼結(jié)構(gòu)的 Fe3O4@Au納米復(fù)合材料作為分離載體,用于固定人瘦素的捕獲抗體。形成的納米復(fù)合物可以與人瘦素、DNA過氧化物模擬酶標記的二抗先后結(jié)合形成三明治夾心型免疫復(fù)合物。然后,用磁鐵將上述負載免疫復(fù)合物的Fe3O4@Au磁性納米材料從反應(yīng)物中分離出來,并進行化學(xué)發(fā)光檢測。免疫復(fù)合物上的DNA過氧化物模擬酶可以催化魯米諾-H2O2之間的氧化還原反應(yīng),放大化學(xué)發(fā)光檢

8、測信號。該傳感器檢測人瘦素的線性范圍為1.0到8.0×102 pg mL?1,檢出限為0.3 pg mL?1。
　　第四章利用氯化血紅素和石墨烯量子點之間的非共價鍵自組裝作用,合成了氯化血紅素功能化的石墨烯量子點納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物不僅具有很強的過氧化物酶催化活性,還具有卓越的熒光性能。由于該納米復(fù)合物對H2O2十分敏感,H2O2的加入能有效地猝滅其熒光。據(jù)此,我們建立了一種簡單、綠色和低成本的H2O2和葡萄糖的熒光傳感器。該

9、傳感器檢測H2O2的線性范圍是從1μM到300μM,檢測限為0.1μM;檢測葡萄糖的線性范圍是從9μM到300μM,檢測限為0.1μM。這種以石墨烯量子點和氯化血紅素的自組裝為基礎(chǔ)構(gòu)建傳感平臺檢測生物分子的方法,為設(shè)計新型光學(xué)傳感器提供了一種可行的途徑。
　　第五章利用石墨烯量子點卓越的過氧化物催化活性、優(yōu)良的光致發(fā)光性質(zhì)和易于功能化等特點,構(gòu)建了無酶催化熒光傳感器用于檢測環(huán)境污染物對苯二酚。由于石墨烯量子點能夠催化溶解氧氧化對苯

10、二酚,催化反應(yīng)產(chǎn)生的苯醌能有效組裝到石墨烯量子點的表面猝滅其熒光,從而可以實現(xiàn)對對苯二酚的定量檢測。該方法具有很高的選擇性,苯酚等一般的還原性物質(zhì)對對苯二酚的檢測沒有干擾。該方法對對苯二酚的檢測的線性范圍是從0.01μM到30μM,檢測限低至5 nM,是已報道的檢測對苯二酚的方法中靈敏度最高的熒光傳感器。
　　第六章我們將基于多功能石墨烯量子點的熒光傳感器用于茶葉中兒茶酚的檢測。在該傳感器中的石墨烯量子點能夠催化溶解氧氧化兒茶酚,