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单层bio2-x纳米材料的制备、性能及其生物应用

单层BiO2-x纳米材料的制备、性能及其生物应用

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作者：胡苗苗湖南大学

学位级别：硕士

大部分天然酶本质上属于蛋白质,而蛋白质生产成本高且稳定性差,容易受多种因素影响而失去活性。因此,近几十年来,研究人员研发出了多种不同材料的人工酶,作为天然酶的高稳定性和低成本替代品,以模拟天然酶的结构和功能。随着纳米材料研... 详细信息

大部分天然酶本质上属于蛋白质,而蛋白质生产成本高且稳定性差,容易受多种因素影响而失去活性。因此,近几十年来,研究人员研发出了多种不同材料的人工酶,作为天然酶的高稳定性和低成本替代品,以模拟天然酶的结构和功能。随着纳米材料研究的极速发展,作为人工酶领域的一个新兴研究领域,纳米酶因其与天然酶和经典人工酶相比独特的性质引起了研究人员的广泛关注。与天然酶相比,纳米酶具有成本低、合成方法简单、易于大规模生产、便于长期储存、稳定性强等优势。而与其他人工酶相比,纳米酶也显示出独特的属性,如用于进一步修饰和生物共轭的大表面积、它们的大小(形状、结构、组成)依赖性催化活性、对外部刺激的智能反应、除催化之外的其他功能、自组装能力等。纳米酶的研究对于纳米技术、材料、生物学和化学的发展均具有重要意义。本论文合成了富含空位的单层氧化铋纳米片,用葡聚糖对其进行了化学修饰,探究了其修饰前后的类酶活性和催化机理,并将其应用于调控巨噬细胞的表型及抗坏血酸的检测。(1)通过水热法合成了bio纳米片,然后用50%的乙醇作为剥离和分散溶剂,采用液相剥离法将bio纳米片剥离成单层bio。通过控制粉碎及超声时间,将单层bio的尺寸控制在100 nm左右。为提高单层bio的水溶性和稳定性,制备葡聚糖修饰的单层bio(dex-bio)。并分别对这两种材料进行了表征。(2)分别对单层bio及dex-bio进行了酶催化性能的研究。结果表明,单层bio同时具备氧化酶及过氧化氢酶的催化活性,且在酸性pH下主要表现为类氧化酶活性,而在中性条件下主要发挥过氧化氢酶活性。而dex-bio与未经修饰的单层bio相比,模拟氧化酶的催化活性几乎没有变化,而模拟过氧化氢酶的催化活性几乎降为零。随后探究了单层bio具有类酶活性的催化机理。结果表明:单层bio中含有大量的氧空位,使得单层bio与其他氧化铋材料相比具有更强的催化活性。(3)由于发挥氧化酶活性的过程与ROS的产生有关,发挥过氧化氢酶活性的过程与ROS的清除有关,而ROS的产生能诱导巨噬细胞向M1型极化,ROS的清除能诱导巨噬细胞向M2型极化,因此,可以利用单层bio和dex-bio的类酶活性调控巨噬细胞内的ROS,从而调控巨噬细胞的表型。另外,由于dex-bio只具备模拟氧化酶的活性,因此在TMB的比色传感体系中比其他具有多种模拟酶活性的纳米材料更具优势,本文成功将其应用于抗坏血酸的检测。

关键词：纳米酶单层bio2-x dex-bio2-x 巨噬细胞抗坏血酸

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