【摘 要】
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酶是一种高效的生物催化剂,它们在工业、医学和生物等领域中被广泛应用。尽管它们有很好的应用前景,但它们往往存在制备和提纯费用高、操作稳定性差、对反应环境敏感、难以回收利用等固有缺点。以环境敏感性为例,在强酸强碱环境下,酶分子的空间结构会受到破坏。随后,酶分子变性会导致催化活性的丧失,这一结果限制了它们的进一步应用。为了克服这些缺点,研究人员一直致力于探索人工酶模拟物。纳米酶作为天然酶的潜在补充物或替
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酶是一种高效的生物催化剂,它们在工业、医学和生物等领域中被广泛应用。尽管它们有很好的应用前景,但它们往往存在制备和提纯费用高、操作稳定性差、对反应环境敏感、难以回收利用等固有缺点。以环境敏感性为例,在强酸强碱环境下,酶分子的空间结构会受到破坏。随后,酶分子变性会导致催化活性的丧失,这一结果限制了它们的进一步应用。为了克服这些缺点,研究人员一直致力于探索人工酶模拟物。纳米酶作为天然酶的潜在补充物或替代品,在生物传感、生物成像、抗菌、抗氧化、治疗、环境保护等领域具有广泛的应用前景。在此基础上本文第一部分合成了一种基于普鲁士蓝-金纤维作为过氧化物酶用于检测过氧化氢(H2O2)和尿酸(UA),和天然酶相比它具有更高的重复利用性,并且更易于回收。此外,由于其具有一定的柔性,因此可以将其制作成可穿戴的试剂盒,扩大了纳米酶在生物监测方面的应用。第二部分利用二氧化硅(SiO2)模板制作多孔的Fe-N-C单原子纳米酶。具有类过氧化物酶活性的Fe-N-C纳米酶可以催化H2O2在Fe Nx活性部位产生·OH,这与天然金属蛋白酶的作用类似。在比色分析的基础上,我们还研制了基于Fe-N-C纳米粒子的电化学传感器用于H2O2的检测。通过在可拉伸的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)纤维上同时负载Au纳米线(Au NWs)和普鲁士蓝(PB)作为生物传感界面,开发了一种基于纳米酶多功能性应用的可穿戴生物传感器。由于Au NWs与PB之间的协同催化作用,该纤维复合物不仅具有可穿戴生物传感器的潜力,还可以用作高性能的类过氧化物酶纳米酶催化应用中。所制备的纤维复合物可分别用于H2O2和UA的比色传感,并且重复利用次数可达到20次以上,在血清样品分析中其相对误差(RD)均小于10%,证明其可以用于实际检测中。该工作验证了纳米酶在柔性可穿戴领域的应用潜力,拓展了纳米酶在生物传感领域的应用。通过利用SiO2模板的策略合成了Fe-N-C单原子纳米酶,与不带Fe原子的N-C相比,具有较好的类过氧化物酶活性和H2O2电化学传感性能,与天然酶相比,Fe-N-C单原子纳米酶对极端的p H和温度具有更好的适应能力。在H2O2比色检测中,最低检测限可达到0.039 m M且相对其他干扰物质具备较好的选择性。在电化学检测中,当检测液中存在3.0 m M H2O2时,就可以在几秒钟内迅速做出响应。这项工作不仅为提高纳米酶的类过氧化物酶活性开辟了一条有效的途径,而且也拓宽了单原子纳米酶的应用范围。
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