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金纳米粒子类酶活性调控及其在氨基糖苷类抗生素检测中的应用

金纳米粒子类酶活性调控及其在氨基糖苷类抗生素检测中的应用

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作者：王欢吉林大学

学位级别：硕士

氨基糖苷类抗生素（Aminoglycosides,AGs）是一类广谱抗菌药物,因其成本低廉、杀菌效率高,目前被广泛用于畜牧业食品安全领域,然而由于AGs的滥用使得牛奶等动物源食品容易受到抗生素残留物的污染,这些残留物会通过食物链累积到人体从而... 详细信息

氨基糖苷类抗生素（Aminoglycosides,AGs）是一类广谱抗菌药物,因其成本低廉、杀菌效率高,目前被广泛用于畜牧业食品安全领域,然而由于AGs的滥用使得牛奶等动物源食品容易受到抗生素残留物的污染,这些残留物会通过食物链累积到人体从而产生神经肌肉阻滞、肾毒性等毒副作用。传统AGs的检测方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法和液相色谱-质谱法,这些方法虽能有效检测AGs,但仍存在耗时、成本高、操作繁琐、难度大和易受干扰等障碍。因此,开发简便、经济、快速、灵敏度高、选择性好的AGs检测方法是迫切需要的。金纳米粒子（Gold nanoparticles,AuNPs）是一种具有类酶催化活性的纳米材料,通过其类酶活性的调控可以构建比色传感平台,实现多种分析物的检测。但是目前该类检测方法的开发缺乏相应的理论支撑,其类酶活性调控的机制尚不明确,同时此类检测方法大多只呈现单一颜色变化,导致裸眼分析的精度较低,可靠性不足。若与金纳米棒（Gold nanorods,AuNRs）刻蚀策略相结合可以很好地弥补这一不足,AuNRs的可调性强,局部表面等离子体共振（Localized surface plasmon resonance,LSPR）范围宽,可以呈现更丰富的颜色变化,更适合作为信号输出材料。本论文首先研究了AGs对AuNPs类过氧化物酶活性和类过氧化氢酶活性调控的作用机制,然后以AuNPs为识别元件,AuNRs为信号转导元件,构建了两种比色传感方法实现了对AGs的分析检测,主要研究内容如下:（1）分别以两种典型的AGs:卡那霉素（Kanamycin,KAN）和妥布霉素（Tobramycin,TOB）为例,从相互作用力、酶促动力学、羟基自由基和电子转移能力四个方面研究了AGs对AuNPs类过氧化物酶活性和类过氧化氢酶活性调控的作用机制,解释了AuNPs类酶活性增强的原因,为AGs比色传感方法的构建提供理论基础。（2）分别以KAN和TOB为分析物,基于AuNPs的类酶活性调控介导AuNRs刻蚀构建了两种多彩比色方法。中性条件下,AuNPs催化过氧化氢（H2O2）氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺（3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine,TMB）生成TMB2+,TMB2+可以定向刻蚀AuNRs。随着KAN浓度的增加,AuNPs的催化能力增强,刻蚀剂TMB2+的浓度逐渐增加,AuNRs的LSPR逐渐蓝移,峰位移与KAN浓度在66～528n M范围内成线性关系,检出限为3.40 n M。碱性条件下,AuNPs催化H2O2生成H2O和O2,剩余未参与反应的H2O2可以与碘离子（I–）反应,生成碘三离子（I3–）,I3–可以刻蚀AuNRs。随着TOB浓度的增加,H2O2的剩余量逐渐减少,生成刻蚀剂I3–的浓度也逐渐减少,使AuNRs的LSPR逐渐红移,峰位移与TOB浓度在0.63～2.5μM范围内成线性关系,检出限为0.19μM。两种方法均伴随丰富的颜色变化,且在实际样品牛奶的检测中表现良好。

关键词：金纳米粒子金纳米棒氨基糖苷类抗生素纳米酶刻蚀多彩比色

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