基于二氧化铈的复合纳米酶的制备及其分析应用

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天然酶是一类非常重要的生物催化剂,在生物的新陈代谢过程中扮演着重要角色。在温和的条件下,这种酶能够催化生命体中很多化学反应的进行,并且具有极高的效率和特异性。但是,绝大多数天然酶都是蛋白质,因此其活性对环境具有极大的依赖性。当处于酸性或碱性以及温度过高等不利环境下时,这种酶的结构很容易发生变化从而导致其活性的丧失。这些缺点都限制了天然酶在实际生产生活中的大规模应用。为了规避这些缺点带来的应用限制,最近几十年,具有更高稳定性的模拟酶的制备得到了广泛的研究和报道。其中,得益于纳米科技领域的快速发展,具有模拟酶性质的纳米酶更是成为这一领域的研究重点之一。与天然酶相比,纳米酶具有活性稳定、比表面积大、催化活性可调、容易制备和成本低等优点。目前,已经有多种具有类似天然酶(如氧化酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶)性质的纳米材料被报道出来。并且,基于它们优越的催化性质,这些纳米酶在分析检测、生物医疗、环境保护等众多领域都得到了广泛应用。在各种纳米酶中,二氧化铈(CeO2)因其优异的储氧能力,具有混合氧化态(Ce(III)和Ce(IV))和高催化反应特性而受到特别关注。通过Ce(III)和Ce(IV)之间的转换,CeO2表现出强氧化还原行为,并表现出了过氧化物酶、氧化酶等多种酶的模拟特性。因此,基于CeO2合理设计的纳米复合材料可以提供一种非常有前景的策略来提高材料整体的催化性能,从而开发出一种新型的高效纳米酶。本文基于CeO2制备了两种复合纳米酶,主要研究内容如下:(1)制备了二氧化铈/葡萄糖氧化酶(CeO2/GOx)复合纳米酶,考察了其催化活性。实验结果表明,与混合的CeO2和GOx相比,CeO2/GOx纳米复合酶表现出更高的催化效率。此外,该纳米酶复合物具有优异的循环性能和稳定性。进一步,基于CeO2/GOx纳米复合酶优异的催化性能,我们构建了一个比色生物传感器。这种传感器可以实现对于葡萄糖的检测,并且具有较好的选择性和灵敏度。(2)制备了铂/二氧化铈(Pt/cube-CeO2)复合纳米酶,考察了其过氧化物模拟酶的催化性能。实验结果表明,与单独的CeO2和Pt相比,CeO2/Pt纳米复合酶具有增强的过氧化物模拟酶活性。此外,实验表明该纳米复合酶稳定性好,可多次重复利用。进一步,我们还利用制备的纳米复合酶实现了对于H2O2的比色检测。
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