基于表面性质调控的金纳米模拟酶催化活性的研究

摘要

近年来，随着纳米科学与技术的迅猛发展，基于无机纳米材料的新型人工模拟酶(纳米酶）的开发制备及应用受到越来越多的关注。无机纳米酶表面是影响类酶催化活性的关键因素之一，因此表界面性质及其调控研究将为新型纳米酶的设计、制备和应用提供重要的理论基础。本论文系统深入的研究了环境因素对具有良好应用前景的金纳米酶的类酶活性的调控作用及作用机制，包括金属离子、卤素离子、含硫无机阴离子和有机小分子等，探讨这些无机离子和有机小分子与金纳米酶的界面相互作用对纳米酶的类酶活性的影响，旨在阐述微观纳米酶表界面结构和物化性质对类酶催化的影响规律。1蛋白质修饰的金纳米粒子的类过氧化物酶活性与结构关系
　　在一定条件下，制备了两亲性蛋白质分子修饰的金纳米粒子模拟酶。通过控制前驱体与蛋白质的摩尔比可以对杂化粒子表面的蛋白质密度和粒径进行简单地调控，并对纳米酶结构/性能关系进行了系统研究。蛋白质的表面密度和纳米粒子的大小同时对杂化粒子的辣根过氧化物酶活性有显著的影响。具有适度的表面蛋白质密度和纳米金核尺寸的杂化粒子具有最低的米氏常数Km值和最高的酶活性。此外，由于粒子表面的修饰蛋白质所提供的微环境，结合于杂化粒子的银离子可以在金纳米粒子表面被蛋白质还原成Ag0，从而可以有选择性地抑制杂化粒子的酶活性。银离子对具有最低蛋白质表面密度和最大粒径的杂化粒子纳米酶表现出最强的抑制酶活性能力。基于对蛋白质分子修饰金纳米粒子的纳米酶结构与催化性能之间关系的基本认识，为进一步发展高效、稳定和低成本的纳米酶及拓宽其在众多领域的应用提供了一定的理论指导。
　　2卤素离子对蛋白质修饰金纳米粒子的类过氧化物酶活性的影响
　　本章研究了卤素离子对蛋白质修饰纳米金的类过氧化物模拟酶活性的影响。由于Au-Ⅹ不同的相互作用，卤化物对蛋白质修饰AuNPs的催化活性显示出不同的抑制作用。研究结果表明碘离子可以快速有效地抑制CM-AuNP纳米酶的催化活性。碘离子对纳米酶活性不可逆抑制作用并非由于其诱导CM-AuNP的聚集，而是Au-Ⅰ键减少了CM-AuNP纳米酶的活性位点所致。碘离子的抑制效应强烈依赖于纳米酶修饰剂的表面密度以及修饰剂的本身性质。与碘化物类似，溴化物也可以有效抑制CM-AuNP纳米酶的活性，但其抑制行为是可逆性抑制作用。由于Au-Cl相互作用弱，氯离子在低浓度下对CM-AuNP的酶活性没有影响，仅在高浓度下表现出较弱的抑制作用。由于不存在Au-F相互作用，氟离子对CM-AuNP的酶活性没有影响。
　　3含硫化合物对蛋白质修饰的金铂纳米粒子类过氧化物酶活性的影响
　　为了提高纳米金的模拟酶活性，本章在一定条件下制备了两亲性蛋白质分子修饰的掺杂少量铂的金铂纳米粒子(CM-AuPtNP)模拟酶。研究了几种典型的含硫无机阴离子与有机小分子对CM-AuPtNP模拟酶活性的调控作用，并探讨了含硫化合物对CM-AuPtNP纳米酶活性调控效率与化合物的结构关系。研究表明，含硫化合物对酶活性的调控效率与化合物和纳米酶相互作用的强弱密切相关，而两者相互作用的强弱则主要由含硫化合物的结构决定。所含硫原子自然电荷为正的化合物对纳米酶的活性没有影响，而自然电荷为负的化合物对纳米酶的活性可以起到抑制作用，抑制程度还与分子的极性密切相关。对无机阴离子，在所负自然电荷较为接近时，极性较低的阴离子对酶活性抑制程度强于极性较高的阴离子，这可能是由于极性较高的无机离子易溶于水中而不易与CM-AuPtNP结合所致。而对有机小分子，在所负自然电荷较为接近时，极性较高的阴离子对酶活性抑制程度则强于极性较低的阴离子，这可能是由于疏水性较强的有机小分子易与修饰于纳米酶表面蛋白质的疏水链结合而不易结合在纳米酶表面所致。只有半胱胺表现反常，其自然电荷和分子极性皆与丙硫醇类似，但是对酶活性抑制效率却明显强于丙硫醇，这可能是由于半胱胺中的氨基的协同作用所致。本章工作加深了无机阴离子和有机小分子通过表面相互作用调控金属纳米模拟酶活性的深刻理解，从而为合理设计和应用纳米酶提供了重要理论依据。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米酶

1．2．1 尺寸效应

1．2．2 形貌效应

1．2．3 表面微环境

1．2．4 组分影响

1．3 纳米酶的分类与应用

1．3．1 金属氧化物纳米酶

1．3．2 金属纳米酶

1．3．3 碳基纳米酶

1．3．4 纳米酶复合体

1．4 纳米金

1．4．1 纳米金的制备

1．4．2 纳米金的等离子体共振性质

1．5 蛋白质修饰的纳米酶

1．6 本论文的研究内容及意义

参考文献

第二章 蛋白质修饰的金纳米粒子的类过氧化物酶活性与结构关系

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．5 动力学数据的测定

2．2．6 银离子的检测

2．2．7 湖水中银离子的检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 β-酪蛋白修饰纳米金的表征

2．3．2 β-酪蛋白修饰纳米金的类过氧化物酶活性

2．3．3 银离子对β-酪蛋白修饰纳米金的类过氧化物酶活性的影响

2．4 本章小结

参考文献

第三章 卤素离子对蛋白质修饰的金纳米粒子的类过氧化物酶活性的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．3．1 碘离子对β-酪蛋白修饰纳米金类过氧化物酶活性的影响

3．3．2 其它卤素离子对β-酪蛋白修饰的纳米金的模拟酶的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章 含硫化合物对蛋白质修饰的金铂纳米粒子类过氧化物酶活性的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．6 含硫化合物对CM-AuPtNP模拟酶活性的影响

4．2．7 等温微量热测定

4．2．8 自然电荷与偶极矩的计算

4．3 结果与讨论

4．3．2 β-酪蛋白修饰的金铂纳米粒子的类过氧化物酶活性

4．3．3 含硫化合物对CM-AuPtNP的模拟酶活性的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论

致谢

硕士学位期间已发(待发)论文

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