关键词:
复合纳米酶材料
级联反应
比色传感器
食品分析
摘要:
纳米酶被定义为具有酶活性的纳米材料,旨在解决天然酶和传统人工酶的局限性。过氧化物酶是通过催化过氧化物氧化底物的一类酶,结构多样且广泛分布于生物体中。随着纳米酶研究的发展,过氧化物酶纳米酶得到广泛的研究。在食品组分分析中,人们利用催化产生过氧化氢的天然氧化酶和模仿过氧化物酶的纳米酶进行级联催化,检测氧化酶底物,如葡萄糖等,具有高选择性。然而,级联反应扩散效率低,中间体不稳定,限制了催化性能。此外,由于天然氧化酶和纳米酶的工作pH不匹配,总是需要在不同的缓冲液中进行两个孵育过程,不仅使反应系统复杂化,而且延长了检测时间。金属有机框架(MOF)由于具有丰富的活性位点和活性官能团,可作为具有过氧化物酶样活性的独立纳米酶催化剂。与此同时,其由于良好的稳定性,生物相容性和高可修饰性而作为固定化酶的一类固体支持物受到越来越多的关注。本论文以铜基MOF为基础,成功设计制备了三种天然氧化酶/纳米酶复合材料,并将复合材料用于级联反应,构建了对相应的分析物检测的新方法,并且成功应用于不同种类食品体系分析检测中。天然氧化酶/纳米酶复合材料中,铜基MOF材料表现出双重作用。一方面,其在中性条件下表现出稳定的模拟过氧化物酶活性。另一方面,由于其可靠的稳定性,被用作复合天然酶的固体载体。具体工作如下:1、铜基MOF材料的制备:利用自组装的方法,在室温下将具有刚性平面共轭结构的4,4’-联吡啶与铜(Ⅱ)配位结合形成具有过氧化物酶活性的MOF纳米酶,并对其进行形貌和光谱表征。同时,探究了MOF纳米酶在中性条件下(pH=7)的催化机理。2、基于复合酶材料的葡萄糖检测新方法:在温和条件下,将葡萄糖氧化酶(GOx)和Cu-MOF进行复合,形成GOx@MOF。在复合体系中,葡萄糖在氧气存在下被GOx氧化为葡萄糖酸和过氧化氢。在MOF纳米酶的催化下,作为中间产物的过氧化氢立即转化为·OH,后者迅速氧化显色底物,产生比色信号,从而实现葡萄糖定量检测,检出限为2.67μM并成功的应用于饮料中。3、基于复合酶材料的胆碱检测新方法:将Cu-MOF与胆碱氧化酶(Ch Ox)复合,形成双酶复合物(Ch Ox@MOF),在氧气的存在下,复合酶催化胆碱使显色底物产生信号变化,从而实现胆碱定量检测,检出限为2μM并成功的应用于不同品牌的牛奶样品中胆碱的测定。4、基于复合酶材料的半乳糖检测新方法:将Cu-MOF与半乳糖氧化酶(GAOx)复合,形成双酶复合物(GAOx@MOF),在氧气的存在下,复合酶催化半乳糖使显色底物产生信号变化,从而实现半乳糖定量检测,检出限为6.67μM并成功的应用于牛奶中。