双功能MOF纳米酶用于无标记荧光检测过氧化氢和葡萄糖

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天然酶因具有催化活性高、底物特异性强和反应灵敏等特点,被广泛的应用于医学、农业、化工等领域。但制备和纯化天然酶成本较高,大部分天然酶不稳定且易失活,于是人们开始关注纳米材料模拟酶的研究。近年来人们发现MOFs材料的模拟过氧化物酶活性并将其应用于比色传感系统。但在大多数比色传感体系中,需要添加显色试剂作为底物,大部分显色剂因含有芳香族胺,长期接触对人体有害。近年来报道的荧光MOF传感器也需要额外的荧光标记,这使传感系统变得更加复杂。因此,本文开发了具有催化和发射荧光双重功能的无标记纳米酶,双功能纳米材料模拟酶的研究为多酶级联分析开发了一种灵敏、经济且简便的新思路。文中制备了Ni-MOF和MIL-68(Fe)两种纳米材料,并探究它们的模拟酶活性以及在检测H2O2和葡萄糖中的应用。(1)采用溶剂热法合成了二维(2D)Ni基金属-有机骨架(MOF)纳米片。通过扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)对合成材料的形貌、组成和官能团结构进行了表征。在H2O2存在下,Ni-MOF可催化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)产生显色反应,证明其具有模拟过氧化物酶性质。稳态动力学研究表明,Ni-MOF纳米片对3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)和H2O2底物的亲和力高于天然辣根过氧化物酶(HRP)。Ni-MOF对H2O2的表观Km约比HRP低一个数量级。利用Ni-MOF纳米片建立H2O2的荧光传感器,线性范围为0.1~20 m M(R2=0.9993)的,最低检测限为7.4×10-5 M。葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOx)的催化氧化下可产生H2O2,进一步开发出用于检测人体血清中葡萄糖的纳米传感器。其线性范围和检出限分别为8~30μM(R2=0.9919)和4×10-6M。该方法为测定H2O2和葡萄糖提供了一种简单、经济、灵敏的方法。该方法已成功应用于实际样品分析,重现性好,准确度高。(2)采用溶剂热法合成了MIL-68(Fe)纳米材料。并利用扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)等手段对对合成材料的形貌、组成和官能团结构进行了表征。研究发现MIL-68(Fe)具有模拟过氧化物酶活性,并探究了温度及p H对催化活性的影响。稳态动力学研究表明,MIL-68(Fe)纳米粒子的催化动力学过程符合典型的Michaelis-Menten方程。通过计算得出以TMB为底物的米氏常数Km为15.2,以H2O2为底物的米氏常数Km为0.126。MIL-68(Fe)纳米粒子对底物H2O2的亲和能力远远大于HRP,且大于Ni-MOF纳米粒子对H2O2的亲和力,理论上说明MIL-68(Fe)纳米粒子可用于H2O2的灵敏检测。
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