新型Cu基人工金属模拟酶的构建及应用

摘要

生物酶催化作为高效专一、绿色环保的催化剂而受到广大研究者的关注，在食品、医药以及工业催化领域有很好的应用前景。但是，生物酶在实际应用中存在生产成本高而产率低、在极端环境中容易变性失活，无法重复使用等劣势，极大地限制了其应用。低成本高活性的模拟酶（人工酶）应运而生，有效的克服了生物酶的缺点。人工酶根据天然酶结构特点设计与合成的更为简单的小分子，但同时具有酶催化的高效率与专一性。漆酶是含铜多酚氧化酶，作用于多种酚类和苯胺类物质，可应用有机污染物的降解，但目前对漆酶模拟物的研究还比较少。
　　因此，本课题致力于找寻一种新型含铜基人工金属酶，并应用于酚类和苯胺类污染物的检测和降解。通过对人工金属酶的结构、仿酶活性以及稳定性等的探究，评价其模拟漆酶性能，挖掘其在实际应用中的价值。主要工作开展如下:
　　1、利用鸟苷-5'-单磷酸二钠盐(GMP)和Cu2+配位自组装形成新型含铜基模拟酶(Cu/GMP)，其能催化氧化2，4二氯苯酚与4-氨基安替吡啉生成红色产物，并且能够模拟漆酶作用于多种酚类物质，证明Cu/GMP具备高效稳定的漆酶模拟活性，并可用于对酚类物质的检测。
　　2、建立了一种简便快捷灵敏的肾上腺素检测方法。Cu/GMP和漆酶能催化氧化肾上腺素产生显色物质，在418nm处有紫外吸收，从而测定肾上腺素含量。动力学实验证明Cu/GMP对肾上腺素有着极高的底物亲和力，和高于漆酶40倍的最大反应速率，对肾上腺素的检出限为0.41μg/mL，约为漆酶(6.67μg/mL)的16倍，极大地提高了检测的灵敏度，这对于在肾上腺素检测领域的应用将具有重大意义。
　　3、建立了一种新型磁性人工金属模拟漆酶Fe3O4@Cu/GMP，将磁性材料Fe3O4纳米粒子嵌入Cu/GMP配位聚合物中。对Fe3O4@Cu/GMP的稳定性进行研究，结果表明，该仿生酶在低pH、高温、高盐浓度等极端环境中的稳定性远远优于天然漆酶，相比于Cu/GMP的重复利用性，磁性仿生酶得到的有效的改善，重复使用5次后，依旧保留70％以上的催化活性。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 金属酶

1．2．1 简介

1．2．2 漆酶

1．3 人工金属模拟酶研究进展

1．3．1 人工金属模拟酶简介

1．3．2 金属卟啉类模拟酶

1．3．3 金属酞菁类模拟酶

1．3．4 纳米材料模拟酶

1．3．5 超分子模拟酶

1．4 Cu基模拟酶的研究现状

1．4．1 超氧化物歧化酶(SOD)模拟

1．4．2 过氧化物酶(POD)模拟

1．4．3 其它酶模拟

1．5 本课题研究的意义及主要内容

1．5．1 本课题的研究意义

1．5．2 本课题研究的主要内容

第二章 Cu-核苷酸MOFs仿生酶的构建

2．1 实验材料和仪器

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 Cu-GMP复合物的制备

2．2．2．模拟漆酶活性检测

2．2．3 不同核苷配体对仿生酶构建的影响

2．2．4 不同金属离子对仿生酶构建的影响

2．2．6 X射线光电子能谱

2．3 实验结果分析

2．3．1 Cu/GMP MOFs的制备及仿漆酶活性

2．3．2 不同核苷对仿生酶构建的影响

2．3．3 不同金属离子对仿生酶构建的影响

2．3．4 表征分析

2．3．5 氮气吸附和ITC

2．3．6 X射线光电子能谱分析

2．4 本章小结

第三章 Cu-核苷酸MOFs仿生酶的活性探究与应用研究

3．1 实验材料和仪器

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．2 实验方法

3．2．1 催化机理探究实验

3．2．2 动力学参数的检测

3．2．3 热稳定性和耐pH能力检测

3．2．4 离子强度的影响

3．2．5 储存稳定性

3．2．6 2,4-二氯苯酚检测限的测定

3．2．7 其它酚类物质的测定

3．2．8 应用于肾上腺素检测

3．3 实验结果分析

3．3．1 催化机理探究

3．3．2 动力学参数的检测

3．3．3 热稳定和pH耐受能力研究

3．3．4 离子强度的影响

3．3．5 储存稳定性

3．3．6 2,4-二氯苯酚检测限的测定

3．3．7 其它酚类物质的测定

3．3．8 应用于肾上腺素检测

3．4 本章小结

第四章 磁性Cu-核苷酸MOFs仿生酶的构建

4．1 实验材料和仪器

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．2 实验方法

4．2．2 Fe3O4@Cu/GMP仿生酶的制备

4．2．5 Fe3O4@Cu/GMP仿生酶的动力学分析

4．2．6 Fe3O4@Cu/GMP仿生酶的稳定性

4．2．7 重复利用性

4．2．8 邻苯二胺的检测限

4．3 实验结果分析

4．3．1 Fe3O4@Cu/GMP仿生酶的表征分析

4．3．2 Fe3O4@Cu/GMP仿生酶的模拟酶活性

4．3．3 Fe3O4@Cu/GMP仿生酶的动力学分析

4．3．4 Fe3O4@Cu/GMP仿生酶的稳定性

4．3．5 重复利用性

4．3．6 邻苯二胺的检测限

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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