發(fā)布時(shí)間：2020-05-29 02:40

【摘要】：生物體內(nèi)的許多生化反應(yīng)都是在酶的催化作用下進(jìn)行的,天然酶催化活性高,但其生物學(xué)穩(wěn)定性低、易失活、對(duì)儲(chǔ)存條件要求苛刻等極大地限制了天然酶的應(yīng)用。人工模擬酶應(yīng)運(yùn)而生,其中,納米材料(納米酶)因其穩(wěn)定性高、成本低、可循環(huán)使用等優(yōu)勢(shì)正在迅速發(fā)展,但是納米酶的發(fā)展也存在應(yīng)用瓶頸,相比天然酶,催化效率不高和安全性等。因此,發(fā)展高催化活性、高穩(wěn)定性且生物安全性良好的納米酶是納米酶發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。研究調(diào)控納米材料的理化性質(zhì)以改進(jìn)納米酶活性與對(duì)納米酶的發(fā)展具有重要意義。通過(guò)調(diào)研納米酶的相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)已有研究集中于探討尺寸、組成和形貌等對(duì)納米酶活性的影響。作為影響納米材料催化活性的關(guān)鍵因素,表面原子排列(晶面)對(duì)納米酶活性影響的相關(guān)研究十分缺乏。本論文著力于納米酶催化效率不高的瓶頸問(wèn)題,提出我們的研究課題——探索如何調(diào)控晶面以提高納米酶活性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合,分別研究晶面調(diào)控對(duì)納米材料的抗氧化性類(lèi)酶和促氧化性類(lèi)酶活性的影響,并通過(guò)細(xì)胞模型和細(xì)菌模型研究材料的實(shí)際應(yīng)用。本論文主要開(kāi)展了以下三部分工作,主要的研究方法、內(nèi)容和結(jié)論如下:1.這里選取催化活性高、應(yīng)用廣泛的鈀納米晶體作為模型考察體系。為實(shí)現(xiàn)晶面控制,利用水熱法通過(guò)晶面介導(dǎo)劑和動(dòng)力學(xué)調(diào)控成功制備尺寸相近、不同暴露晶面的鈀納米晶體:暴露晶面分別為{100}和{111}的鈀立方體納米晶體和鈀八面體納米晶體;利用透射電鏡和X射線衍射等表征手段對(duì)其形貌和暴露晶面進(jìn)行確認(rèn);進(jìn)一步利用傅里葉紅外光譜、X射線能譜和熱重分析等表征手段確認(rèn)兩種鈀納米晶體的表面化學(xué)環(huán)境相近,僅在暴露晶面上存在典型性差異。2.利用電子自旋共振技術(shù)比較兩種鈀納米晶體在中性或弱堿性條件下的抗氧化性類(lèi)酶活性,發(fā)現(xiàn)暴露晶面為表面能更低的{111}的鈀八面體的類(lèi)過(guò)氧化氫酶活性和類(lèi)超氧化物歧化酶均高于表面能更高的暴露晶面為{100}的鈀立方體納米晶體;在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中,鈀納米晶體具有降低細(xì)胞內(nèi)的活性氧水平的能力,從而有效地對(duì)H_2O_2誘導(dǎo)氧化應(yīng)激造成損傷的細(xì)胞具有保護(hù)效果,其中鈀八面體納米晶體的保護(hù)效果更佳;另外,通過(guò)量子力學(xué)計(jì)算研究了鈀納米晶體發(fā)揮抗氧化性類(lèi)酶活性的機(jī)制,并從反應(yīng)活化能的角度解釋了表面能更低的{111}晶面具備更高的抗氧化性類(lèi)酶活性的原因。晶面調(diào)控鈀納米晶體的抗氧化性類(lèi)酶活性及其生物應(yīng)用的研究將會(huì)開(kāi)辟鈀納米晶體作為潛在的抗氧化劑應(yīng)用于氧化應(yīng)激和炎癥等相關(guān)疾病的治療,同時(shí)為發(fā)展新型納米抗氧化劑提供設(shè)計(jì)思路和研究方向。3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段和量子計(jì)算技術(shù)來(lái)比較鈀納米晶體在弱酸性條件下促氧化性類(lèi)酶活性順序,發(fā)現(xiàn)暴露晶面為{100}的鈀立方體納米晶體比鈀八面體納米晶體表現(xiàn)出更高的類(lèi)氧化酶和類(lèi)過(guò)氧化物酶活性;鈀納米晶體發(fā)揮促氧化性類(lèi)酶活性,有效地提高生物體內(nèi)的活性氧水平,表現(xiàn)出抗菌活性。驚奇地發(fā)現(xiàn),在革蘭氏陽(yáng)性菌的抗菌實(shí)驗(yàn)中,抗菌活性順序與促氧化性類(lèi)酶活性順序一致,暨鈀立方體納米晶體的抗菌活性更高;而對(duì)于革蘭氏陰性菌,受晶面影響,納米晶體滲透細(xì)菌細(xì)胞膜的能力存在差異,在短時(shí)間的抗菌實(shí)驗(yàn)中,鈀八面體納米晶體因其更好的滲透細(xì)菌細(xì)胞膜的能力從而表現(xiàn)出更高的抗菌活性。晶面調(diào)控鈀納米晶體的促氧化性類(lèi)酶活性及其抗菌應(yīng)用研究提供了晶面依賴(lài)性的類(lèi)酶活性的深層次理解以及更好地促進(jìn)了基于優(yōu)化和靶向抗菌活性的貴金屬納米材料的發(fā)展。綜上所述,我們首次提出通過(guò)調(diào)控納米材料的晶面進(jìn)而達(dá)到改進(jìn)納米酶活性的目的,并在生物應(yīng)用中得到體現(xiàn)。這將會(huì)為納米酶活性的優(yōu)化提供新方向,并為納米酶未來(lái)在生物領(lǐng)域的應(yīng)用提供更多可能性。
【圖文】：

酶的發(fā)展歷程

AuNPs-EMSN的雙酶活性意圖
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2686258