基于過氧化物模擬酶放大信號(hào)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(dòng)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(yàn)中最常用的酶,廣泛應(yīng)用于多個(gè)生化檢測(cè)項(xiàng)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?xiàng)l件下,特別是工業(yè)條件(如高溫、高壓、極端pH、重金屬和有機(jī)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(jià)格貴,從而大大限制了其實(shí)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(diǎn)。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(jī),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(cè)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(hào)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(qiáng)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(biāo)記酶,應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光免疫分析。該項(xiàng)工作為堿性環(huán)境中各種物質(zhì)(如嗜堿微生物等)的檢測(cè)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(jì)不僅簡(jiǎn)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(gè)部分,第一章為緒論,總結(jié)了近幾年國(guó)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(jìn)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(duì)于魯米諾-H2O2化學(xué)發(fā)光體系催化作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于該化學(xué)

6、發(fā)光體系可在強(qiáng)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(biāo)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(duì)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(gè)傳感平臺(tái),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(biāo)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(fù)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(jìn)行化學(xué)發(fā)光檢測(cè)。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(cè)信號(hào)。該傳感器檢測(cè)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(diǎn)之間的非共價(jià)鍵自組裝作用,合成了氯化血紅素功能化的石墨烯量子點(diǎn)納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物不僅具有很強(qiáng)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(duì)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(jiǎn)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(cè)H2O2的線性范圍是從1μM到300μM,檢測(cè)限為0.1μM;檢測(cè)葡萄糖的線性范圍是從9μM到300μM,檢測(cè)限為0.1μM。這種以石墨烯量子點(diǎn)和氯化血紅素的自組裝為基礎(chǔ)構(gòu)建傳感平臺(tái)檢測(cè)生物分子的方法,為設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn),構(gòu)建了無酶催化熒光傳感器用于檢測(cè)環(huán)境污染物對(duì)苯二酚。由于石墨烯量子點(diǎn)能夠催化溶解氧氧化對(duì)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(diǎn)的表面猝滅其熒光,從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)苯二酚的定量檢測(cè)。該方法具有很高的選擇性,苯酚等一般的還原性物質(zhì)對(duì)對(duì)苯二酚的檢測(cè)沒有干擾。該方法對(duì)對(duì)苯二酚的檢測(cè)的線性范圍是從0.01μM到30μM,檢測(cè)限低至5 nM,是已報(bào)道的檢測(cè)對(duì)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(diǎn)的熒光傳感器用于茶葉中兒茶酚的檢測(cè)。在該傳感器中的石墨烯量子點(diǎn)能夠催化溶解氧氧化兒茶酚,