【摘 要】
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纳米酶是一类拥有类酶催化活性的功能纳米材料。其中,由于过氧化物酶在生物传感、生物成像以及纳米医学等方面广阔的应用前景,成为纳米酶领域炙手可热的研究对象。目前,已经研究出多种过渡金属氧化物纳米材料可作为过氧化物酶模拟物,但其较低的类过氧化物酶活性限制了它们的实际应用。而钙钛矿氧化物由于具有结构稳定性高、化学组分可调且成本低廉的优势,成为纳米酶领域具有潜在价值的新兴研究对象。尽管科研工作者们已经发展活
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纳米酶是一类拥有类酶催化活性的功能纳米材料。其中,由于过氧化物酶在生物传感、生物成像以及纳米医学等方面广阔的应用前景,成为纳米酶领域炙手可热的研究对象。目前,已经研究出多种过渡金属氧化物纳米材料可作为过氧化物酶模拟物,但其较低的类过氧化物酶活性限制了它们的实际应用。而钙钛矿氧化物由于具有结构稳定性高、化学组分可调且成本低廉的优势,成为纳米酶领域具有潜在价值的新兴研究对象。尽管科研工作者们已经发展活性描述符用于过渡金属氧化物基纳米酶的理性设计,但大部分钙钛矿氧化物基纳米酶活性仍不理想。因此,需要开发有效的方法改善钙钛矿氧化物的类过氧化物酶活性。小尺寸的贵金属纳米颗粒具有较强的类过氧化物酶活性,但其稳定性差并且成本高昂。若使具有高类酶活性的贵金属纳米颗粒生长在钙钛矿氧化物表面并与之形成复合物,不仅可以提高钙钛矿氧化物的类过氧化物酶活性,还能够改善贵金属纳米颗粒的稳定性。本论文采用原位析出方法,通过将贵金属掺入A位缺陷的钙钛矿氧化物(化学式为La0.9B0.9B’0.1O3-δ)晶格中,在还原性气氛下退火,使掺杂的贵金属元素(B’)从晶格中生长,并以纳米颗粒的形态锚定在表面,形成贵金属纳米颗粒/钙钛矿氧化物复合纳米材料。本方法可达到改善钙钛矿氧化物表面组成,增强其类过氧化物酶活性、降低成本、提高贵金属纳米颗粒稳定性的目的。本论文利用不同的基底钙钛矿氧化物以及贵金属元素制备了一系列催化剂,并考察了析出不同贵金属纳米颗粒对钙钛矿氧化物基底类过氧化物酶活性的影响。通过酶动力学分析证明了在钙钛矿氧化物表面原位析出铱和钌纳米颗粒能够显著增强其类过氧化物酶活性。其中,Ir/LMIO的类过氧化物酶活性的动力学参数(18.35 n Ms-1/μgm L-1)比目前已知的过氧化物酶模拟物动力学参数平均值高7倍(2.4 n Ms-1/μgm L-1)。为了证明类过氧化物酶活性的提高有助于其在生物分析中的应用,我们以碱性磷酸酶的检测为例,构建了比色传感方法。碱性磷酸酶在人体的体液和组织中以各种水平分布,其异常表达与肝胆和骨骼类等疾病密切相关。因此,在临床诊断中对碱性磷酸酶的高选择性和灵敏检测具有重要意义。碱性磷酸酶可催化底物抗坏血酸2-磷酸钠(ascorbic acid 2-phosphate,AAP)的水解以产生酶促水解产物抗坏血酸。作为一种自由基链断裂抗氧化剂,抗坏血酸可以抑制过氧化物酶的反应,导致在652 nm处吸光度显著下降,有明显的颜色变化。本论文利用上述原理,使用经过优化后具有高稳定性和优异类过氧化物酶活性的Ir/LMIO纳米酶,构建了一种针对碱性磷酸酶活性检测的比色传感方法,实现了0.39-100 U/L较宽线性范围内对碱性磷酸酶活性的测定,并且具有良好的抗干扰能力。该比色传感方法能够准确检测实际血清样品中碱性磷酸酶的活性,证明其在实际应用中的潜力。本论文为合理提高钙钛矿氧化物类过氧化物酶活性以及贵金属纳米颗粒的稳定性提供了一种可行的解决方案,并且为钙钛矿氧化物基纳米酶在生物分析领域中的应用提供了新的思路。
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