【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(xué)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(hào)傳導(dǎo)過程的功能和作用,但是過多的活性氧將會(huì)造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)改變、DNA損傷、細(xì)胞內(nèi)損傷和凋亡,導(dǎo)致身體的各種疾病,如:帕金森、阿爾茨海默氏癥、動(dòng)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(yīng)進(jìn)程的指標(biāo)。因此,H_2O_2含量的測(cè)定在生物醫(yī)藥和臨床診斷等領(lǐng)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(yīng)條件下,酶促反應(yīng)一般具有極高的反應(yīng)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(yán)重限制了天然酶在實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)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(fù)合材料,作為模擬酶用于H_2O_2含量的檢測(cè),具體研究?jī)?nèi)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(jié)構(gòu)的四氧化三鐵納米粒子,并且通過XRD、TEM等測(cè)試來對(duì)其進(jìn)行表征。同時(shí)建立了Fe_3O_4/H_2O_2/TMB反應(yīng)體系,研究反應(yīng)條件對(duì)催化活性的影響等相關(guān)問題。結(jié)果發(fā)現(xiàn),實(shí)心結(jié)構(gòu)Fe_3O_4NPs對(duì)于H_2O_2的線性檢測(cè)范圍為0.81-1.8 mmol/L,檢測(cè)限為0.81 mmol/L;空心結(jié)構(gòu)Fe_3O_4 NPs對(duì)于H_2O_2的線性檢測(cè)范圍為1.1-4.0 mmol/L,檢測(cè)限為1.1 mmol/L。同時(shí),我們還對(duì)其進(jìn)行了米氏常數(shù)(K_m)的測(cè)定,發(fā)現(xiàn)實(shí)心結(jié)構(gòu)Fe_3O_4 NPs的K_m為2.46mmol/L,空心結(jié)構(gòu)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(yīng)用價(jià)值。其次,以所制備的空心結(jié)構(gòu)Fe_3O_4 NPs為內(nèi)核,采用水熱法制備了具有核-殼結(jié)構(gòu)的Fe_3O_4@CeO_2 NCs。再以TMB、OPD以及ABTS等作為反應(yīng)底物測(cè)定其催化活性時(shí),結(jié)果發(fā)現(xiàn)該材料具有較強(qiáng)的過氧化物酶催化性能,同時(shí)可以在強(qiáng)酸環(huán)境下保持高效活性,其最佳反應(yīng)溫度與人體溫度相近,并且具有高可重復(fù)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(shí)了兩種材料之間的協(xié)同效應(yīng)。另外,該材料對(duì)反應(yīng)底物的靈敏度極高,可以檢測(cè)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(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)當(dāng)中。最后,利用所制備的實(shí)心結(jié)構(gòu)Fe_3O_4 NPs作為內(nèi)核,在其表面生長(zhǎng)了一層MnO_2MCs,構(gòu)建了Fe_3O_4@MnO_2/H_2O_2/TMB反應(yīng)體系,研究該材料對(duì)H_2O_2以及葡萄糖的催化活性。結(jié)果表明該核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具備高效的催化性能,能夠快速與反應(yīng)底物發(fā)生作用。同時(shí),本課題還對(duì)其重復(fù)性能進(jìn)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(duì)H_2O_2和葡萄糖的檢測(cè)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(nèi)所含葡萄糖濃度,因此該材料在糖尿病檢測(cè)方面有著巨大的實(shí)際應(yīng)用潛力。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文反應(yīng)動(dòng)力學(xué)符合典型的米氏動(dòng)力學(xué)方程，，同時(shí)對(duì)其雙倒數(shù)曲線進(jìn)行明，其催化機(jī)理遵循乒乓機(jī)制，即先與前一個(gè)底物反應(yīng)，待與第二應(yīng)之前釋放出前一個(gè)反應(yīng)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(shí)了 Fe3O4MNPs 確實(shí)具有過氧化催化活性。

武漢工程大學(xué)碩士學(xué)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(yīng)、磁響應(yīng)性等物理化學(xué)性能。同時(shí)，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(jié)構(gòu)大多是由有機(jī)復(fù)合物所構(gòu)建的分子結(jié)構(gòu)來模擬出酶催化活性中心及相應(yīng)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(huì)與溶液之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，同時(shí)由于納米材料所具有的尺寸效應(yīng)，F(xiàn)e2+與 Fe3+之間會(huì)不斷進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化，但又保持著動(dòng)態(tài)平衡電子之間的相互轉(zhuǎn)換，從而完成人工酶的催化過程[13]。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;O611.62

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本文編號(hào)：2656570