具有pH依賴性的普魯士藍納米顆粒類雙酶活性研究.pdf

1、目前生物酶已經(jīng)廣泛商品化，在臨床診斷、生物分析等領域都有重要的應用，但由于生物酶一般都具有成本高，保存條件苛刻，容易失活等缺點，應用納米技術(shù)開發(fā)穩(wěn)定便宜的模擬酶逐漸成為了近年來納米研究領域中的一個熱點。雖然目前已經(jīng)有較多的納米顆粒(如Fe3O4、Co3O4等)被報道可作為過氧化物模擬酶，但其催化活性相對較低一直是該領域的一個瓶頸問題。本論文基于前期實驗研究，合成了一種穩(wěn)定性和分散性良好、形貌均一的普魯士藍納米顆粒，研究了其具有pH和溫度

2、依賴性的類雙酶催化活性，還發(fā)現(xiàn)其不僅在酸性條件下具有高效的類過氧化物酶活性，而且在中性條件下具有類過氧化氧酶特性。利用電子自旋諧振(ESR)、吸收光譜、溶解氧測量等實驗，分別對PBNPs的類過氧化物酶活性和類過氧化氫酶活性的催化機制進行了解釋?；谶@些特性還應用其進行了靈敏的雙氧水檢測和初步的超聲與磁共振雙模態(tài)造影的體外實驗研究。
　　首先，利用液相沉淀法在以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為穩(wěn)定劑的水相中，以K4[Fe(CN)6]和F

3、eCl3為反應原料合成了普魯士藍納米顆粒(Prussian blue nanoparticles，PBNPs)。通過定量的調(diào)節(jié)反應過程中反應物原料的滴加速率以及滴定結(jié)束后反應冷卻溫度的控制，實現(xiàn)了對普魯士藍納米顆粒尺寸和形貌的調(diào)控。
　　其次，選取了兩種表面分別帶正負電荷并且具有特定顯色功能的色原底物：3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)和2，2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)，通過PBNPs催化

4、H2O2氧化使其變色驗證了PBNPs的類過氧化物酶活性。進一步比較了普魯士藍納米顆粒(KFeⅢ[FeⅡ(CN)6])與滕氏藍納米顆粒(KFeⅡ[FeⅢ(CN)6])作為類過氧化物酶的催化活性：并通過研究Fe2+和Fe3+以及[FeⅡ(CN)6]4-與[FeⅢ(CN)6]3-的催化活性，利用芬頓反應以及與氰基(-CN-)相結(jié)合能提高Fe3+和Fe2+芬頓反應的效率，初步闡述了KFeⅢ[FeⅡ(CN)6]催化活性高于KFeⅡ[FeⅢ(CN)

5、6]的機制。
　　再次，在對PBNPs的過氧化物酶活性的溫度(T)依賴性檢測過程中，發(fā)現(xiàn)在10～60℃范圍內(nèi)其催化活性隨溫度的增長呈正相關，從70℃開始呈現(xiàn)出下降趨勢。對其過氧化物酶活性的pH依賴性檢測過程中，發(fā)現(xiàn)在pH3.6附近PBNPs表現(xiàn)出最大的過氧化物酶活性而在中性或弱堿性條件下該催化活性幾乎喪失，同時卻有許多氣泡產(chǎn)生。在室溫和pH3.6的條件下，對PBNPs進行了酶促反應動力學米氏常數(shù)的檢測實驗，發(fā)現(xiàn)其Kcat值比辣根過

6、氧化酶(HRP)和Fe3O4 NPs要高1～2個數(shù)量級。通過溶解氧電極，可以明顯發(fā)現(xiàn)在pH7.4緩沖液中，加有PBNPs的H2O2溶液，其氧溶解度和氧飽和度隨時間迅速上升，而相同條件下未加PBNPs的H2O2溶液，其氧溶解度和氧飽和度幾乎不變。該現(xiàn)象說明產(chǎn)生的氣泡為氧氣泡，同時也有力的論證了在中性或弱堿性條件下PBNPs可作為過氧化氫酶，對H2O2分解起到催化作用。而且O2的產(chǎn)生對PBNPs濃度也具有依賴性而且?guī)缀醭手笖?shù)增長。利用自旋捕

7、獲ESR技術(shù)分別研究了酸性和中性條件下PBNPs的催化機制，分別對PBNPs類過氧化氫酶和類過氧化物酶的催化活性進行了討論。
　　最后，基于PBNPs在不同pH條件下的類雙酶活性(在酸性條件下表現(xiàn)出高效的過氧化物酶活性；在中性條件下表現(xiàn)為過氧化氫酶活性)，對其進行了兩項初步的應用研究：一項是利用其高效的類過氧化物酶活性將其應用于低濃度H2O2檢測，并獲得了較低的濃度檢測下限-2.34×10-7M；另一項是利用其固有的超順磁性和作為