基于Se和g-C3N4納米材料模擬酶的光學(xué)傳感器構(gòu)建及檢測(cè)應(yīng)用.pdf

1、天然酶因催化活性高、專一性強(qiáng)及反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn)，已在多領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，然天然酶來(lái)源有限，不易保存和制備，且易受外界環(huán)境（如光、熱、酸和堿）的影響而失活，這些缺點(diǎn)使其在實(shí)際應(yīng)用中受到較大限制。因而尋求一種具天然酶的催化活性、來(lái)源豐富、價(jià)格低廉且對(duì)光、熱和酸堿穩(wěn)定的材料作為模擬酶，已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。模擬酶是利用簡(jiǎn)單方法合成的具有天然酶催化活性的一類(lèi)非蛋白質(zhì)分子材料。自2007年Fe3O4磁性納米粒子被報(bào)道具有內(nèi)在過(guò)氧化物模擬酶活性

2、以來(lái)，基于納米微粒模擬酶的研究已受到廣泛關(guān)注，金屬氧化物、單金屬、雙金屬?gòu)?fù)合納米材料、碳基納米材料等多類(lèi)納米材料相繼被發(fā)現(xiàn)也具有不俗的過(guò)氧化物模擬酶催化活性?；诖耍疚木烷_(kāi)發(fā)和研究新的納米材料過(guò)氧化物模擬酶、構(gòu)建復(fù)合納米材料以增強(qiáng)過(guò)氧化物模擬酶催化活性、將其應(yīng)用于光學(xué)傳感體系的構(gòu)建及可視化檢測(cè)應(yīng)用研究等三個(gè)方面開(kāi)展工作。主要分以下三部分內(nèi)容:
　　(1)基于MnSe薄層納米片的過(guò)氧化物模擬酶活性實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖的比色檢測(cè)。在堿性的

3、丙三醇/水溶液中，以SeO2為硒源，Mn(CH3COO)2·4H2O為錳源，N2H4·H2O為還原劑，160℃水熱反應(yīng)12h得到MnSe樣品。采用TEM、XRD等多種表征手段，證實(shí)了MnSe為不規(guī)則六邊形薄層納米片，并發(fā)現(xiàn)其具有內(nèi)在的過(guò)氧化物模擬酶活性，能在H2O2存在下催化酶底物3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)產(chǎn)生明顯的顯色反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明MnSe薄層納米片具有比天然酶(HRP)更高的催化活性?；诖?，我們以TMB為底物，結(jié)合

4、葡萄糖氧化酶(GOx)構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)單靈敏的、選擇性的可視化比色法葡萄糖傳感體系。該方法對(duì)葡萄糖檢測(cè)的線性范圍為50-5000μmol/L，檢測(cè)限可以達(dá)到50μmol/L，并具有較好的重現(xiàn)性、較高的靈敏度和穩(wěn)定性。
　　(2)利用MnSe負(fù)載的石墨相碳化氮(g-C3N4)超薄納米片的過(guò)氧化物模擬酶協(xié)同催化活性，實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的高靈敏檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)熱聚合的方法煅燒MnSe、雙氰胺、三聚氰酸混合物，將MnSe成功負(fù)載到g-C3N4表面。用

5、TEM、HR-TEM、XRD、FT-IR和XPS等多種手段對(duì)MnSe負(fù)載的g-C3N4復(fù)合材料(MnSe-g-C3N4)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，與單純的MnSe及g-C3N4相比，MnSe-g-C3N4有更高的穩(wěn)定性和更強(qiáng)的過(guò)氧化物酶催化活性，這歸因于高效負(fù)載的MnSe納米催化劑與導(dǎo)電性良好的g-C3N4的協(xié)同催化作用。穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明MnSe-g-C3N4復(fù)合納米片催化行為符合典型的Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)模型，其催

6、化機(jī)理遵循乒乓機(jī)制。利用MnSe-g-C3N4的高效過(guò)氧化物模擬酶催化活性，建立了一個(gè)高效、靈敏、快速的測(cè)定H2O2和葡萄糖的比色檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄糖、H2O2的快速、靈敏和特異性定量分析。
　　(3)基于硒摻雜g-C3N4納米片的過(guò)氧化物模擬酶活性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)H2O2和黃嘌呤的可視化檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)以二氧化硒、三聚氰酸、雙氰胺為原料，通過(guò)高溫管式爐燒結(jié)的方法合成了Se摻雜的g-C3N4(Se-g-C3N4)，并利用TEM、HR-TE

7、M、XRD、FT-IR和XPS對(duì)其形貌和組成進(jìn)行了表征。結(jié)果表明Se-g-C3N4為典型的超薄片狀結(jié)構(gòu)，平均橫向直徑為20 nm，合成產(chǎn)物中Se原子摻雜量占總原子比例為2.1％。穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，超薄Se-g-C3N4納米片具有超強(qiáng)過(guò)氧化物酶活性，符合Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)模型。Se-g-C3N4具超好的導(dǎo)電性，可促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，并在H2O2存在下促進(jìn)顯色底物TMB氧化速率，使反應(yīng)體系顏色從無(wú)色變至藍(lán)色。相對(duì)于辣根過(guò)