過氧化物納米酶的制備及其綠色催化合成水溶性導電聚合物的研究.pdf

1、癌癥的光熱療法是利用光熱治療劑在光照下升溫而殺死癌細胞的方法。目前，常用的光熱治療劑主要有貴金屬納米顆粒、碳基材料及半導體納米粒子。然而，貴金屬由于存在熔融效應，光熱穩(wěn)定性較差，不能長時間照射，且價格昂貴;上述材料均為無機材料，無法在人體內降解，且排出困難，易對人體產生長期危害。
　　導電高分子毒性低、價格低廉且在近紅外區(qū)有強吸收，作為光熱治療劑使用具有先天的優(yōu)勢。導電高分子傳統(tǒng)的合成方法主要有化學氧化法和電化學法，這兩種方法均需

2、要強氧化劑而造成產物污染，且所合成產物不溶不熔，加工性能差。因此迫切需要一種綠色合成水溶性導電高分子的方法。酶催化以其高效、高選擇性、反應條件溫和而著稱。酶催化合成具有諸多優(yōu)勢。首先，其使用的氧化劑為環(huán)境友好型的氧化劑，例如H2O2和氧氣，副產物只有水，而傳統(tǒng)合成方法所使用的過硫酸鹽不僅污染環(huán)境而且會產生大量副產物。其次，酶催化合成的導電聚合物多為水溶性的，相對于傳統(tǒng)方法所制備的不溶不熔產物，具有更好的可加工性能。但是，天然酶的催化能力

3、受環(huán)境因素影響較大，制備、提純、儲存困難。為了克服上述缺點，模擬酶應運而生，但傳統(tǒng)的模擬酶依然為有機物，其提純、合成較為復雜，對環(huán)境因素依然敏感。納米材料模擬酶（簡稱納米酶）的出現(xiàn)為模擬酶的發(fā)展提供了新的思路，納米酶活性穩(wěn)定，合成、提純、保存工藝簡單，且價格低廉。
　　目前，納米酶的種類仍然較少，且運用納米酶催化合成水溶性導電高分子的研究鮮有報道。本文致力于制備新型納米酶，并以其為催化劑，綠色催化合成水溶性導電聚合物，并探討所制備

4、導電聚合物在癌癥光熱治療方面的應用。本文采用溶劑熱法制備黑色硒單質(Se)、磷酸鐵(FePOs)和磷酸鎳(NiPOs)過氧化物納米酶，并對它們的過氧化物酶模擬活性做了研究和探討，利用其過氧化物模擬酶的催化活性實現(xiàn)水溶性導電聚合物的綠色合成，并將所制備的導電聚合物應用于癌癥的光熱治療。主要包括三個體系:(1)黑色硒單質(Se)過氧化物納米酶的制備及其綠色催化合成水溶性導電聚吡咯的研究;(2)磷酸鐵(FePOs)過氧化物納米酶的制備及其綠色

5、催化合成水溶性導電聚苯胺的研究;(3)磷酸鎳(NiPOs)過氧化物納米酶的制備及其綠色催化合成水溶性導電聚噻吩的研究。本文為豐富納米材料模擬酶的種類，及其在導電聚合物的仿酶綠色合成領域中的應用提供了一些新的思路。全文的主要結論包括如下三個方面:
　　1.以丙三醇和水作為混合溶劑，濃硫酸和SeO2為反應物，采用溶劑熱法制備了黑色硒單質。所制備的產物為粒徑為1-10μm的球型顆粒。該物質能夠催化四甲基聯(lián)苯胺(TMB)與H2O2之間的氧

6、化還原反應，證明其具備過氧化酶模擬活性。pH對Se的過氧化物酶模擬活性影響很大，pH值在3-6時其催化活性較高，且在pH值為4.5時，活性達到最高;當pH≤2或者pH≥7時，其催化活性受到明顯的抑制，不利于其過氧化物酶模擬活性的發(fā)揮。在20-70℃的溫度區(qū)間，Se催化活性隨溫度的升高而升高，而大部分天然過氧化物酶在70℃時已完全失活，顯示了Se在高溫條件下優(yōu)于天然酶的催化活性。
　　鑒于Se的過氧化物酶催化活性，本文以空氣氧為氧化

7、劑、聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)為模板、以檸檬酸-磷酸氫二鈉(Na2HPO4)緩沖溶液為溶劑、Se為催化劑催化吡咯的聚合。實驗證明Se確實能像天然過氧化物酶一樣催化合成聚吡咯的綠色合成，且所合成的聚吡咯鏈長受pH值、溫度和時間的影響。Se在pH=2.2的強酸性條件下依然能夠催化吡咯的聚合，而辣根過氧化物酶(HRP)在pH=4的條件下僅僅20 min活性便降低80％，因此在低pH值條件下，Se展現(xiàn)了優(yōu)于天然酶的催化活性。
　　以808n

8、m激光器為光源，研究了Se催化聚吡咯的光熱轉換性能。用808nm激光器照射超純水及不同濃度的聚吡咯溶液，聚吡咯溶液的升溫幅度遠遠大于超純水的升溫幅度，從而證實聚吡咯確實具有光熱轉換作用，光熱轉換效率達到28.4％，其光熱轉換效果隨著濃度及激光功率的增大而增強。
　　以人宮頸癌細胞（HeLa細胞）為細胞模型，采用MTT法評價了Se催化聚吡咯的細胞毒性。結果表明，當聚吡咯濃度為0.875mg/mL時，與之共培養(yǎng)的HeLa細胞相對增值率

9、依然在80％以上，聚吡咯顯示了極低的細胞毒性。
　　Se催化合成聚吡咯所具備的突出的光熱轉換能力、良好的水溶性、極低的細胞毒性及在各種生理溶液中的穩(wěn)定性，為聚吡咯在腫瘤光熱治療中的應用奠定了基礎。
　　以HeLa為細胞模型，研究了Se催化合成聚吡咯作為腫瘤光熱治療劑的應用。結果表明，將細胞與濃度為0.625mg/mL的聚吡咯共培養(yǎng)18小時后，以激光功率密度為2.08W/cm2的808nm激光器照射細胞10分鐘，HeLa細胞的

10、相對增殖率下降到僅為11±4％，而相同條件下，未經激光照射的HeLa細胞相對增殖率為96±18％。此外，用普魯士藍染色法也可以證實聚吡咯能夠通過光熱作用殺死癌細胞。
　　2.采用溶劑熱法制備了磷酸鐵(FePOs)過氧化物模擬酶，而后以FePOs為催化劑、H2O2為氧化劑、PSS為模板催化合成了水溶性導電聚苯胺。
　　結果顯示，F(xiàn)ePOs確實能夠像天然過氧化物酶一樣催化苯胺的聚合，且所合成的聚苯胺鏈長受pH值、溫度、時間及氧化

11、劑用量的影響。當pH值為1.5時，依然能夠催化合成導電狀態(tài)的綠色聚苯胺，而辣根過氧化物酶(HRP)在pH=4的條件下僅僅20min活性便降低80％，因此在低pH值條件下，F(xiàn)ePOs展現(xiàn)了優(yōu)于天然酶的催化活性。通過改變pH值、溫度及雙氧水與苯胺單體摩爾比(H2O2∶aniline)等反應條件，探討其對所合成的聚苯胺導電率的影響。結果顯示當pH值為2.2、溫度為20℃、H2O2∶aniline=1時，所獲得的聚苯胺導電率最高，達2.576×

12、10-3S/cm。
　　以808nm激光器為光源，研究了FePOs催化聚苯胺的光熱轉換性能。以808nm激光器照射超純水及不同濃度的聚苯胺溶液，聚苯胺溶液的升溫幅度遠遠大于超純水的升溫幅度，從而證實聚苯胺確實具有光熱轉換作用，光熱轉換效率達到39.6％，其光熱轉換效果隨著濃度及激光功率的增大而增強。
　　以HeLa為細胞模型，研究了FePOs催化聚苯胺作為腫瘤光熱治療劑的應用。結果表明，將細胞與濃度為0.4mg/mL的聚苯胺

13、共培養(yǎng)24小時后，以激光功率密度為1.39W/cm2的808nm激光器照射細胞10分鐘，并用普魯士藍染色，結果發(fā)現(xiàn)，和聚苯胺共培養(yǎng)的HeLa細胞大面積死亡，而相同條件下，未和聚苯胺共培養(yǎng)的HeLa細胞僅出現(xiàn)少量死亡。
　　3.采用溶劑熱法制備了具有光催化能力的磷酸鎳(NiPOs)過氧化物模擬酶，并發(fā)現(xiàn)該模擬酶在日光照射條件下具備模擬酶催化活性。而后以NiPOs為催化劑、H2O2為氧化劑、PSS為模板，在日光照射下催化合成了水溶性導

14、電聚噻吩(PEDOT)，并探討了煅燒溫度對NiPOs光催化性能的影響。
　　結果顯示，日光照射條件下NiPOs確實能夠如天然過氧化物酶一般催化噻吩的聚合，并且所合成的聚噻吩具有良好的水溶性及穩(wěn)定性。通過改變pH值、溫度及雙氧水與噻吩單體摩爾比(H2O2∶EDOT)等反應條件，得出最佳反應條件為pH1.5、溫度為60℃、H2O2∶EDOT=1。
　　以HeLa細胞為模型，研究了聚噻吩的光熱作用。以808nm激光器照射超純水及不