关键词:
钒酸钴
纳米模拟酶
比色/荧光传感
谷胱甘肽
葡萄糖
亚硫酸
摘要:
近年来,纳米酶因其在生化分析、环境监测等领域中的巨大潜力而备受关注。与天然酶相比,纳米酶具有化学性质稳定,价格低廉,可大规模制备等优势。探寻高效稳定、易于制备的新型纳米酶,开发多酶活性,研究催化机制始终是研究者们致力的方向。二元金属氧化物能够协同增强电子/离子电导率及机械稳定性。其中,Co-V-O类纳米材料(CoxV2O5+x,x=1,2,3)因其独特的晶体结构和磁学性质而具备极佳的电化学性能,所以常被用作电极材料和电催化剂。然而长久以来,其应用方面仅局限于储能和光电领域,在生化分析领域鲜有报道。鉴于此,本论文首次考察了 Co-V-O类纳米材料的纳米酶特性,并针对不同的类酶活性分别研究了相应的催化机制,建立了可视化比色传感器和荧光生物平台,成功应用于实际样品的分析检测。具体工作内容如下:(1)通过pH调控的简单水热法制备了立方Co2V2O7纳米颗粒,并首次研究其三酶(类氧化酶,类过氧化物酶,类过氧化氢酶)活性及催化机理。基于Co2V2O7颗粒的类氧化酶活性建立了可视化谷胱甘肽比色传感器,线性范围为2.5-20 μM,检出限为0.64 μM,该方法已成功应用于保健品中的谷胱甘肽的检测。基于Co2V2O7颗粒的类过氧化物酶活性,建立了荧光生物平台,分别用于过氧化氢和葡萄糖的检测,线性范围分别为0.008-3.200 μM和0.1-80 μM,检出限分别为0.002 μM和0.03 μM。该平台对过氧化氢展现出了超高灵敏度,远远优于迄今为止大多数文献的报道。此外,本研究建立了一种新颖的一步法检测葡萄糖策略,以取代复杂的传统两步检测法,从而使检测过程更加高效便捷,该策略对人体血糖的检测具有较高的准确性。(2)以CoC12·6H2O和Na3VO4为原料,通过水热法合成了Co3V2O8纳米小球。以TMB为底物,详细研究了其类氧化酶催化行为,借助循环伏安法和EPR技术对其催化机理进行了深入讨论。Michaelis-Menten动力学实验表明Co3V2O8纳米粒子对底物具有较高的亲和性,通过Zeta电位测试印证了 Co3V2O8纳米粒子通过静电作用与TMB相结合。在TMB的氧化过程中,溶解氧作为电子受体参与电子转移,Co3V2O8粒子通过加速催化反应中的电子转移来提高催化效率,反应过程中并未产生活性氧(·OH,O2·-)。进一步考察了该材料在催化过程中的自身性能,结果表明,不同批次合成的材料的催化活性较稳定,材料的重复使用性和贮存稳定性均良好。基于Co3V2O8的类氧化酶活性,建立了新型的亚硫酸比色检测法。该方法对亚硫酸根离子具有较好的选择性,在最适实验条件下,对其检测的线性范围为1-20 μM,检出限为0.49 μM,并成功应用于食用糖中亚硫酸根离子的检测。