无机纳米酶在分析传感领域的应用研究进展(英文)

天然酶是一种存在于生物体内的蛋白质催化剂,具有催化活性高、选择性强和反应条件温和等特点,对促进生物体内的各种生物化学反应起着重要作用。此外,天然酶还可以作为催化剂、传感器和药物等的传递载体,在能源储存、环境监测、疾病治疗、食品加工和生物制药等领域具有重要的应用价值。然而作为一种蛋白质,其本身存在的稳定性差、制备流程复杂、提纯成本高和回收困难等缺陷,大大限制了天然酶的实际应用。为了克服这些缺陷,研究人员一直致力于开发可以替代天然酶的人工合成酶。自从2007年,Fe_3O_4磁性纳米粒子被发现具有类似辣根过氧化物酶的活性之后,开发具有类似天然酶特性的纳米材料迅速引起了科研工作者的广泛兴趣。2013年,正式将具有类似天然酶活性的纳米材料定义为纳米酶。科研工作者已发现多种纳米酶,这些纳米酶可在不同环境下表现出不同的活性,主要包括过氧化物酶、氧化酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶等。目前,已经报道的纳米酶大致可以分为4类,包括金属氧化物纳米酶或硫化物纳米酶(氧化铁、氧化铈、氧化锰和氧化铜等)、碳基纳米酶(碳纳米管、氧化石墨烯和碳点等)、贵金属纳米酶(铂、金、银和钯等)和金属有机框架(MOF)基纳米酶等。与天然酶相比,纳米酶具有很多优势,首先,纳米酶制备方法简单,成本较为低廉,为大规模生产提供了可能性。此外,纳米材料所特有的一些物理化学特性也赋予了纳米酶更多独特的性质,如可以调节纳米粒子的形貌、结构和成分等使其在不同环境下表现出可调节的类酶活性;而且纳米材料所拥有的独特性质,如磁效应、光热效应等,使其具备更广泛的设计空间,可以通过增加光照、热、超声波或磁场等外源因素影响纳米酶的催化行为,这些均可以作为调节纳米酶活性的可行策略。同时,纳米酶具有较好的生物相容性和稳定性,可以使其重复利用。基于如此多的优点,纳米酶在许多领域被广泛研究和利用,包括在分析检测、环境治理、有机化合物降解、疾病诊断和治疗等,特别是在传感应用领域具有很大的商业化前景,可以作为商业测量方法的响应。在此,本文介绍了纳米酶的分类以及提高纳米酶催化活性的在尺寸、形貌、结构、组成、表面涂层和改性方面的策略。同时,我们着重关注了传感领域,总结了其在生物小分子、生物大分子、酚类污染物、含有机磷的农药和离子检测等方面的进展,并提出关于利用纳米酶发挥传感功能的挑战的意见。

刃天青与试卤灵酸度响应性的光谱研究

刃天青是单分子单粒子荧光显微技术中一种常用的荧光探针。然而其荧光性质随环境的变化会发生明显的变化,这导致单分子荧光信号的不稳定性。本文基于pH对荧光探针发光性质的影响,研究了缓冲溶液pH与浓度对荧光强度的影响,获得了荧光最优化的条件。进一步构建了数学模型,结合理论计算,获取了其荧光强度与氢离子的依赖关系,并对pH的响应性能给出了理论解释。结果表明,随着pH的增加,荧光强度先增大后减小。理论研究表明,荧光猝灭与刃天青和间苯二酚的质子化有关。