基于二维金属有机骨架纳米片过氧化物模拟酶的荧光检测新方法

论文摘要

由于天然酶的高成本、低稳定性、存储困难等的局限性,引发了人工模拟酶的研究热潮。金属有机骨架（MOFs）,是一类由金属或金属簇和有机配体通过配位作用自组装形成的多孔晶态材料,具有超大比表面积、可调节的孔道尺寸、可修饰的孔道化学环境、良好的热稳定性等优异的性能。但是在水相模拟酶应用中,体相MOFs的水溶性欠佳,催化反应往往在固体颗粒表面发生。二维MOFs纳米片是近年来的研究热点,超薄的二维结构,使得MOFs的催化位点可以几乎全部暴露在表面。因此本论文拟以二维MOFs纳米片作为过氧化物模拟酶,具体的研究内容和取得的研究进展如下:1、基于Cu的二维MOFs纳米片过氧化物模拟酶荧光分析法测葡萄糖在本研究中,我们以基于Cu的二维MOFs纳米片（Cu（bpy）2（OTf）2）作为过氧化物模拟酶,首次开展了对H2O2和葡萄糖的荧光检测。利用在碱性条件下,过氧化物酶（Cu MOFs纳米片）可以催化维生素B1被H2O2氧化为硫胺荧。与含Cu的三维MOF HKUST-1和体相的Cu（bpy）2（OTf）2相比,二维MOFs纳米片展现出更强的催化活性和荧光强度。模拟酶催化的最优pH、反应温度、反应时间分别为pH=10、55℃C、3 min。动力学测定表明,该二维MOFs纳米片的催化反应符合Michaelis-Menten方程（米氏方程）,由此得到最快反应速率Vmax为0.16×10-8 M.s-1,Km为0.385 mM。我们发展了基于Cu二维MOFs纳米片的高选择性和高灵敏度的荧光分析方法,测定H2O2,两段线性范围为10至100 μM和100至1000 μM,检出限为0.32 μM。与葡萄糖氧化酶结合,可以测定II型糖尿病人和正常人血清中的葡萄糖含量,检出限为0.41 μM。抗干扰实验表明,该传感器仅对葡萄糖有响应,其他糖分子和盐类对测定影响不大。实际样品分析中定量准确,结果与标准方法偏差不大。2、基于配体修饰的Zr基二维MOFs纳米片的维生素B1荧光分析法在本研究中,我们以含有不同金属（Cu、Mn、Ni）的卟啉配体对Zr基二维MOFs纳米片（Zr-BTB）进行修饰。并以此基于配体活性中心的MOFs纳米片作为过氧化物模拟酶,开展了对维生素B1的荧光检测。三种MOFs纳米片均优于不含金属的MOFs纳米片,且含Cu卟啉配体的纳米片效果最佳。在碱性条件下,含Cu配体的Zr基MOFs纳米片可以催化维生素B1被H2O2氧化为硫胺荧。模拟酶催化的最优pH、反应温度、反应时间分别为pH=10、50℃C、5 min。动力学测定表明,该二维MOFs纳米片的模拟酶催化过程符合米氏方程,由此得到最快反应速率Vmax为5.75 μM.s-1,Km为0.09 mM。酶活性Vmax相较文献中三维MOFHKUST-1高2个数量级,且比天然辣根过氧化物酶（HRP）高1个数量级,展示了良好的模拟酶催化活性。Km比HKUST-1和HRP均低,展示了良好的与底物结合能力。我们发展了基于Cu二维MOFs纳米片的高选择性和高灵敏度的荧光分析方法,测定维生素B1,标准曲线呈S型,线性范围可分别为5至100 μM、100至300 μM、300至600μ 三段,检出限为0.85 μM。可以测定复合维生素药片中的维生素B1含量。抗干扰实验表明,该传感器仅对维生素B1有响应,其他小分子和盐类对测定影响不大。3、基于Au纳米粒子与Zr基二维金属有机骨架纳米片的复合模拟酶在本研究中,我们将Au纳米粒子与Cu卟啉配体修饰的Zr基二维MOFs纳米片进行复合,并基于此Au纳米粒子与MOFs纳米片的复合物作为葡萄糖氧化酶和过氧化物模拟酶的串联模拟酶,开展了对葡萄糖的定量荧光检测。TEM表面Au纳米粒子成功附着在Zr基二维MOFs纳米片上,平均粒径为6.5 nm。该复合传感器可以成功实现基于串联模拟酶的葡萄糖荧光检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 金属有机骨架材料
•     1.1.1 MOFs的稳定性及其影响因素
•     1.1.2 稳定MOFs的种类
•   1.2 MOFs催化剂
•     1.2.1 基于MOFs金属簇活性位点的催化
•     1.2.2 基于MOFs配体活性位点的催化
•     1.2.3 基于MOFs孔内负载催化活性物质
•   1.3 二维MOFs纳米片的合成
•     1.3.1 自上而下合成二维MOFs纳米片
•     1.3.2 自下而上合成二维MOF纳米片
•   1.4 纳米酶
•   1.5 本论文研究的主要内容及意义
•     1.5.1 本论文研究的主要内容
•     1.5.2 本论文的选题意义
• 第二章 基于铜的二维金属有机纳米片模拟过氧化物酶
•   2.1 前言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 主要仪器和试剂
• 2（OTf）₂纳米片'>    2.2.2 制备Cu（bpy）₂（OTf）₂纳米片
•     2.2.3 过氧化氢和葡萄糖的检测
•     2.2.4 血清样品制备
•   2.3 结果与讨论
• 2（OTf）₂及其剥离的纳米片的表征'>    2.3.1 合成的Cu（bpy）₂（OTf）₂及其剥离的纳米片的表征
• 2（OTf）₂纳米片的过氧化物模拟酶催化'>    2.3.2 二维Cu（bpy）₂（OTf）₂纳米片的过氧化物模拟酶催化
•     2.3.3 反应pH、反应温度、反应时间的优化
•     2.3.4 稳态动力学研究
• 2O₂和葡萄糖的检测'>    2.3.5 H₂O₂和葡萄糖的检测
•     2.3.6 抗干扰与血清样品中的葡萄糖定量
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于配体修饰的Zr基二维MOFs纳米片的维生素B1荧光分析法
•   3.1 前言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 主要仪器和试剂
•     3.2.2 制备Zr-BTB纳米片和金属卟啉修饰的Zr-BTB纳米片
•     3.2.3 表征金属卟啉修饰的Zr-BTB纳米片
•     3.2.4 维生素B1的检测
•     3.2.5 样品制备
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 合成的金属卟啉修饰的Zr-BTB纳米片的表征
•     3.3.2 不同金属卟啉配体修饰对模拟酶效果的影响
•     3.3.3 反应条件的优化
•     3.3.4 模拟酶催化反应的稳态动力学研究
•     3.3.5 分析方法和实际应用
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于Au纳米粒子与Zr基二维金属有机骨架纳米片的复合模拟酶
•   4.1 引言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 试剂和仪器
•     4.2.2 制备Au纳米粒子和Cu卟啉修饰的Zr-BTB纳米片复合物
•     4.2.3 串联模拟酶用于葡萄糖的定量
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 合成的Au纳米粒子和Cu卟啉修饰的Zr-BTB纳米片复合物的表征
•     4.3.2 串联模拟酶的催化
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 石美媛

导师: 古志远

关键词: 金属有机骨架,二维纳米片,模拟酶,过氧化氢,荧光

来源: 南京师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学,材料科学

单位: 南京师范大学

分类号: O657.3;TB383.1;Q55

DOI: 10.27245/d.cnki.gnjsu.2019.000183

总页数: 80

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