【摘要】：生物體中氧的毒性主要來自于其被部份還原所產(chǎn)生的氧自由基,又稱活性氧(ROS),是一系列生物和化學氧化過程中由于氧化不完全而產(chǎn)生的副產(chǎn)物。而過氧化氫(H_2O_2)則是一種最穩(wěn)定的ROS,具有如免疫和信號傳導過程的功能和作用,但是過多的活性氧將會造成細胞膜結構改變、DNA損傷、細胞內損傷和凋亡,導致身體的各種疾病,如:帕金森、阿爾茨海默氏癥、動脈粥樣硬化,心臟病和癌癥等,其含量可以被用于追蹤生化反應進程的指標。因此,H_2O_2含量的測定在生物醫(yī)藥和臨床診斷等領域具有非常重要的意義。酶是一種具有催化功能的生物大分子催化劑,在溫和的反應條件下,酶促反應一般具有極高的反應效率和高效選擇性。然而,由于天然酶存在易失活、穩(wěn)定性差、難回收等不足,嚴重限制了天然酶在實際生產(chǎn)中的廣泛應用。本論文基于這一問題,制備了一系列具備過氧化物酶催化活性的納米復合材料,作為模擬酶用于H_2O_2含量的檢測,具體研究內容如下:首先,以乙二醇作為溶劑,通過一步水熱法制備了兩種不同結構的四氧化三鐵納米粒子,并且通過XRD、TEM等測試來對其進行表征。同時建立了Fe_3O_4/H_2O_2/TMB反應體系,研究反應條件對催化活性的影響等相關問題。結果發(fā)現(xiàn),實心結構Fe_3O_4NPs對于H_2O_2的線性檢測范圍為0.81-1.8 mmol/L,檢測限為0.81 mmol/L;空心結構Fe_3O_4 NPs對于H_2O_2的線性檢測范圍為1.1-4.0 mmol/L,檢測限為1.1 mmol/L。同時,我們還對其進行了米氏常數(shù)(K_m)的測定,發(fā)現(xiàn)實心結構Fe_3O_4 NPs的K_m為2.46mmol/L,空心結構Fe_3O_4 NPs的K_m為3.41 mmol/L。較低的K_m數(shù)值說明所制備的材料具備潛在的臨床應用價值。其次,以所制備的空心結構Fe_3O_4 NPs為內核,采用水熱法制備了具有核-殼結構的Fe_3O_4@CeO_2 NCs。再以TMB、OPD以及ABTS等作為反應底物測定其催化活性時,結果發(fā)現(xiàn)該材料具有較強的過氧化物酶催化性能,同時可以在強酸環(huán)境下保持高效活性,其最佳反應溫度與人體溫度相近,并且具有高可重復利用性。Fe_3O_4@CeO_2NCs的米氏常數(shù)(1.13 mmol/L)相比單純Fe_3O_4 NPs(3.75 mmol/L)以及CeO_2 NPs(2.50 mmol/L)明顯降低,也證實了兩種材料之間的協(xié)同效應。另外,該材料對反應底物的靈敏度極高,可以檢測到極低含量的H_2O_2(8.5μmol/L)以及葡萄糖(21μmol/L),也即可以很好的應用于實際檢測當中。最后,利用所制備的實心結構Fe_3O_4 NPs作為內核,在其表面生長了一層MnO_2MCs,構建了Fe_3O_4@MnO_2/H_2O_2/TMB反應體系,研究該材料對H_2O_2以及葡萄糖的催化活性。結果表明該核-殼結構復合材料具備高效的催化性能,能夠快速與反應底物發(fā)生作用。同時,本課題還對其重復性能進行了研究,發(fā)現(xiàn)在多次使用之后,依然可以保持高效的催化活性(90%)。在最優(yōu)催化條件下,該體系對H_2O_2和葡萄糖的檢測限分別為0.5μmol/L和1.1μmol/L,低于糖尿病人(9 mmol/L)以及正常人(3.9 mmol/L)體內所含葡萄糖濃度,因此該材料在糖尿病檢測方面有著巨大的實際應用潛力。
【圖文】：

碩士學位論文反應動力學符合典型的米氏動力學方程，，同時對其雙倒數(shù)曲線進行明，其催化機理遵循乒乓機制，即先與前一個底物反應，待與第二應之前釋放出前一個反應產(chǎn)物。從上面的分析可以看出 Fe3O4M化特性與 HRP 相類似，也即證實了 Fe3O4MNPs 確實具有過氧化催化活性。

武漢工程大學碩士學位論文產(chǎn)生羥基自由基，從而催化氧化 ABTS。Fe3O4MNPs 除了有著生物人工酶的主要催化活性之外，還有著諸如尺寸效應、磁響應性等物理化學性能。同時，F(xiàn)e3O4MNPs 作為具有納米特性的催化劑，因此其催化性能更為高效，然而傳統(tǒng)人工酶的結構大多是由有機復合物所構建的分子結構來模擬出酶催化活性中心及相應的微環(huán)境但在 Fe3O4MNPs 人工酶的表面有著大量的鐵原子，在酸性環(huán)境中，粒子表面的鐵原子會與溶液之間發(fā)生氧化還原反應，同時由于納米材料所具有的尺寸效應，F(xiàn)e2+與 Fe3+之間會不斷進行高效轉化，但又保持著動態(tài)平衡電子之間的相互轉換，從而完成人工酶的催化過程[13]。
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O611.62

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本文編號：2656570