纳米酶在抗肿瘤治疗中的应用

纳米酶是一类具有天然酶活性的纳米材料。相对于天然酶,纳米酶有着制备简单,成本低,稳定性高,易于保存等优点。自从2007年,我国科学家阎锡蕴院士首次发现Fe3O4纳米颗粒具有类过氧化物酶活性以来,对纳米酶的研究迅速崛起。纳米酶能够通过模拟天然酶,在生理环境或体内实现催化反应,改善肿瘤微环境,并通过产生活性氧实现肿瘤治疗。     

活性氧和纳米氧化铈的结构特征及其应用前景

本文用简单的分子轨道理论描述了正常氧分子O2、超氧阴离子自由基O2、过氧负离子O2-2的电子结构。由于电子排布不同,氧分子的单重态1Δ和1Σ的能态高于正常O2分子三重态3Σ。这些高能态的氧自由基、氧分子单重态和过氧化氢分子都具有强氧化性。本文还描述了普通碱基OH―和羟基阴离子自由基OH的不同电子结构,解释了羟基自由基为什么具有强氧化性而碱基是稳定的原因。这些具有强氧化性的物种就是活性氧(ROS),在生物体内活性氧是不可或缺的,但过量却是致病、致衰老的原因之一。本文又描述了纳米氧化铈的晶体结构,以及它的纳米状态。纳米氧化铈不仅是良好的"自由基清除剂",而且在医学上有重大药用价值。根据美国科学家发现,患胰腺癌的老鼠用纳米氧化铈处理后,进行放疗,癌细胞对辐射过敏,诱发凋亡,而纳米氧化铈对正常细胞和组织具有保护作用。     

生物体内的活性氧和纳米氧化铈的结构特征

本文用简单的分子轨道理论描述了正常氧分子O2、超氧阴离子自由基O2―、过氧负离子O22―的电子结构。描述了电子排布不同,氧分子的单重态1Δ和1Σ,它们的能态高于正常O2三重态 3Σ。这些高能态的氧自由基、氧分子单重态和过氧化氢H2O2分子都具有强氧化性。本文还描述了普通碱基OH―和羟基自由基OH―不同的电子结构,解释了羟基自由基为什么具有强的氧化性,而碱基是稳定的原因。这些具有强氧化性的物种就是活性氧(ROS),在生物体内活性氧是不可或缺的,但过量却是致病、致衰老的主要原因。本文     

基于氧化铈双重纳米酶活性的比率型比色传感器检测对氧磷

基于氧化铈(CeO₂)的类有机磷水解酶和类氧化酶活性发展了一种比率型比色传感方法,实现了对氧磷的灵敏、准确检测。具有类有机磷水解酶活性的CeO₂纳米粒子(CeO₂ NPs)可催化对氧磷水解为对硝基苯酚,其在400 nm处有明显吸收峰,溶液体系由无色变为黄色;Ce O₂还具有类氧化酶活性,催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)氧化为氧化态TMB,在653 nm处有明显吸收峰,溶液由无色变为蓝色。当目标物对氧磷存在时,400 nm处吸光度(A₄₀₀)增高;同时对氧磷抑制其类氧化酶活性,653 nm处吸光度(A653)降低。基于对氧磷加入前后体系A₄₀₀/A653比值的变化,实现了对氧磷的灵敏、准确检测,检出限为0.03μmol/L(S/N=3)。利用本方法检测了韭菜样品中对氧磷的含量,加标回收率在92.0%～99.2%之间。本研究发展了一种基于CeO₂纳米酶双重活性的比率型比色传感检测方法,为食品中对氧磷残留的灵敏检测提供了新策略...     

无金属黑色素纳米酶用于肝纤维化治疗

以5,6-二羟基吲哚为单体,通过自由基聚合反应合成了无金属黑色素纳米酶(MeNPs),并探究了其治疗肝纤维化的作用.结果表明,MeNPs纳米酶为单分散球形结构,粒径为(91.3±2.6) nm,具有类超氧化物歧化酶(SOD)和类过氧化氢酶(CAT)活性,其催化活性遵循典型的Michaelis-Menten动力学,Michaelis-Menten常数(K_m)和最大反应速度(V_max)分别为1.01 mmol/L和8.49×10^-6 mol/(L·s).细胞计数试剂盒(CCK-8)等体外细胞实验结果证实MeNPs对H₂O₂诱导的氧化应激具有细胞保护作用.经MeNPs纳米酶治疗的肝纤维化小鼠的炎症因子IL-6,TNF-α,IL-1β和趋化因子CXCL-1水平显著降低;肝脏损伤指标ALT,AST和肝组织H&E染色均显示MeNPs干预肝纤维化的良好疗效.本文研究结果对于构建安全、高效的自由基清除纳米酶具有一定的指导意义,也为肝纤维化的治疗提供了理论依据和物质基础.     

纳米复合材料固定化酶的研究进展

载体材料的选择对固定化酶的性能有着至关重要的影响。纳米复合材料不仅具有纳米尺寸的特性,而且可以克服单一材料的不足,在固定化酶领域引起了广泛关注。本文就目前在固定化酶领域使用的纳米复合载体分类进行了系统的阐述,重点介绍了目前在固定化酶研究领域运用较为广泛的硅基纳米复合材料、碳基纳米复合材料和纳米纤维复合材料等材料的制备方法及不同材料对酶学性能的影响,并对这些纳米复合材料固定化酶发展前景进行了展望。     

基于氧化铈纳米棒-聚乙烯醇气凝胶的模拟酶比色法检测水中氟离子

以聚乙烯醇气凝胶(PAA)为载体,水热法原位生长氧化铈(CeO₂)纳米棒,制备了CeO₂纳米棒-聚乙烯醇气凝胶模拟酶材料(CeO₂-PAAC)。PAA载体不仅提高了CeO₂纳米棒的分散性,同时也提高了材料的重复利用率。利用CeO₂-PAAC材料的氧化酶活性以及氟离子(F^-)对CeO₂纳米棒酶活性的增强作用构建了检测F^-的比色传感器。在优化的实验条件下,检测F^-的线性范围为80～4000μmol/L,检出限为63.7μmol/L (3σ),低于国际对V类地表水中F^-的限量标准。与文献报道的F^-检测方法相比,本方法的检测范围更宽。本方法具有良好的抗干扰能力和选择性,可用于环境水样中F^-的检测,加标回收率为97.1%～120.4%。     

载酶纳米催化体系用于疾病诊疗的研究进展

酶作为一种具有高度特异性和高效性的催化剂, 可在细胞器中通过复杂有序的生化反应调节细胞的代谢过程. 受细胞区隔化结构的启发, 仿生设计纳米酶催化体系、 构筑限域酶催化微环境从而提高酶催化活性的研究为酶催化应用开辟了新思路. 纳米催化体系保留了小尺寸、 大比表面积、 肿瘤部位选择性富集等优势, 在疾病的诊疗方面发挥了巨大的优势. 本文首先总结了天然酶、 模拟酶和级联酶体系的催化机理, 对仿生构筑的纳米酶催化材料的载体体系进行了概述, 介绍了纳米酶催化体系在生物成像方面的应用, 讨论了其在相关代谢类疾病的作用途径, 并对纳米酶催化体系用于生物诊疗的发展前景进行了展望.     

木质素碳纳米酶的制备及用于检测人尿液中多巴胺

以木质素磺酸钠为碳源,水热法合成了MoS2掺杂的碳纳米酶(Mo, S-CDs),并基于其过氧化物酶特性,将其用于检测人尿中多巴胺的含量。对纳米酶的形貌进行了表征。结果显示,Mo, S-CDs为球型,直径在2 nm左右,在水中能够较好的分散;红外图谱结果表明Mo, S-CDs表面官能团丰富;X射线光电子能谱表明Mo, S-CDs中存在Mo, S, C, O元素。Mo, S-CDs具有稳定、高效的过氧化物酶催化活性,可催化H₂O₂与3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)反应,生成氧化产物oxTMB。蓝色的oxTMB可被多巴胺还原回TMB,导致系统在oxTMB特征峰处的吸光度下降。因此,基于Mo, S-CDs对H₂O₂的传感能力构建了多巴胺-Mo, S-CDs的催化传感体系,并用于检测人尿液中多巴胺的含量。多巴胺浓度在0.5～20μmol/L范围内有良好的线性关系,检出限为0.0639μmol/L,回收率为96.5%～101.7%,相对标准偏差(RSD)<5%。     

温度响应型HRP纳米胶囊用于酶的高效固定和回收

以辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)为目标蛋白,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体,采用原位沉淀聚合法,在37℃,NIPAM和HRP质量比为6∶1的条件下,制备了粒径大小为13.7 nm,zeta电位是(-3.7±0.3)mV的温度响应型辣根过氧化物酶纳米胶囊(nHRP).采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(MALDI-TOF MS)、透射电镜(TEM)、动态光散射仪(DLS)和紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)等对HRP的修饰度,nHRP的微观结构、粒径大小、催化活性、温度响应性能和热稳定性能进行了表征.研究表明,制备的辣根过氧化物酶纳米胶囊单分散性较好;在环境温度高于33℃时,nHRP出现响应变化,其粒径大小变化显著,且呈可逆性;nHRP相比HRP原酶热稳定性显著提高;50℃时,将nHRP高速离心,可使酶多次有效地分离和回收.     

碳纳米管负载铂-二氧化钌纳米颗粒用于葡萄糖传感器的研究

建立了多壁碳纳米管(MWNTs)负载铂二二氧化钌纳米颗粒的液相化学还原法.以Nafion为固定剂,将Pt-RuO2/MWNTs复合材料修饰于玻碳电极的表面,制备了一种无酶型葡萄糖传感器.实验表明:复合材料修饰的电极对葡萄糖响应电流明显,并且受抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)的干扰小.本实验采用安培法测定葡萄糖,线性范围为2 0×10 3～1.0×10-2 mol/L(R～0.9965);灵敏度为119.26 μA cm-2(mmol/L)-1;检出限为1.25×10 -5 mol/L(信噪比为3);响应时间为4.8 s.PtRuO2/MWNTs修饰电极可作为性能良好的无酶型葡萄糖传感器.     

纳米增强型毛细管酶柱用于葡萄糖液滴生物传感器的研究

葡萄糖的检测在临床医学以及食品工业等领域中十分重要.以往的检测方法主要包括化学发光法_{[1]、吸光光度法[2]、电化学法[3]和荧光法[4]等.固定化酶柱的制作是发展葡萄糖传感器的关键技术之一.传统的固定化方法主要是将具有生物活性的酶通过物理吸附、共价键合和交联的方法固定于载体基质上或包埋于有机聚合物的基质中.近期研究[5,6]表明,采用溶胶凝胶(Sol-gel)法将蛋白质和酶等生物活性物质包埋于无机陶瓷或玻璃材料内,保持生物组分的活性,且SiO2作为基质材料具有较好的坚固性、抗磨性、化学惰性以及高的光稳定性和透过性,但目前该法多用于电化学型生物传感器[7,8].本文利用纳米颗粒的比表面积大和吸附能力强等特点,将酶吸附在SiO2纳米颗粒表面,用易成膜的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作辅助基质在毛细管上固定酶,并采用分立式酶柱,克服了以往混合型酶柱普遍存在的酶促效率不高和使用寿命较短的局限性.所制得的酶柱具有表面反应活性高、表面活性中心多和催化效率高等特点.结合自行设计的液滴光化学传感装置[9,10],建立了一种高效、快速、微量的葡萄糖实时检测方法.}     

交联镍纳米片修饰电极用于无酶葡萄糖传感器

以滴涂法在玻碳电极表面修饰一层阳离子交换聚合物Nafion膜,通过离子交换将Ni2+固定于电极表面,进一步电化学沉积得到相互交联的Ni纳米片。Ni纳米片修饰电极能催化葡萄糖的电化学氧化,可用于无酶葡萄糖传感器的构建。在0.60 V恒电位条件下,Ni纳米片修饰电极的氧化峰电流随葡萄糖浓度的增大而增大,其线性响应浓度范围为0.02~3.85 mmol/L。传感器的检测灵敏度为150.6μA(mmol/L)-1·cm-2,检出限为5μmol/L,响应时间为5 s。传感器应用于葡萄糖注射液的检测,加标回收率为90.0%。     

可磁力回收的Fe3O4纳米颗粒负载纤维素酶生物催化剂用于玉米芯降解

面对日益枯竭的化石能源和资源危机,科研工作者加速了对生物资源回收利用的研究.其中,作为生物资源主要成分的纤维素被证实是一种可以重新利用的原料,甚至可以作为工业产品潜在的前驱体.因此,回收利用富含纤维素的农作物副产品显得尤为重要.目前,多数纤维素资源并没有得到充分利用,例如玉米芯,全世界只有大约0.5％被利用.为了高效利用玉米芯资源,人们尝试各种分解方法将其主要成分纤维素和半纤维素转化成葡萄糖、木糖、糠醛以及酒精等.其中,最有效的策略是利用纤维素酶来分解玉米芯中的纤维素.然而,纤维素酶在实际应用过程中缺乏长久稳定性,将纤维素酶从反应体系中回收并重复利用非常困难.将纤维素酶负载到固体载体上是提高传统生物酶稳定性和可回收性的有效方法.固载纤维素酶在批生产处理和连续生产中比自由酶更具优势,可使生物酶催化剂从反应体系中分离出来变得容易和可操控.可以作为纤维素酶载体的物质有很多,例如浮石、静电纺丝的PAN纤维、纳米纤维膜、甲基丙烯酸甲酯共聚物和石墨烯等.一般来讲,任何含有表面功能基团从而提供了可以和纤维素酶形成强物理、化学作用的载体都可以采用.纳米尺寸的载体具有特殊性,一方面纳米颗粒提供了较大的比表面积从而可以拥有可观的负载能力,另一方面纳米颗粒可以轻易解决大颗粒载体应用中产生的反应底物和催化剂之间的扩散受阻问题.目前,纳米磁性颗粒已广泛用于负载蛋白质、多肽和生物酶.另外,用纳米磁性粒子作载体可方便地借助外加磁场实现生物酶催化剂的选择性分离回收,避免了传统载体所需的过滤或离心等单元操作,从而降低了生产成本,使生物酶催化技术实现连续化操作并用于规模化工业生产.本文通过水热法制备了颗粒均匀的纳米Fe3O4磁性颗粒,然后用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)化学修饰,再用戊二醛作交联剂将纤维素酶通过键合作用负载到修饰后的磁性载体上,从而高效制备了一种可磁力回收的生物酶催化剂.采用透射电镜和X射线衍射表征了磁性纳米粒子、修饰后的磁性纳米粒子以及制备的生物酶催化剂的粒径、外观形貌和品格结构,用红外光谱验证了磁性纳米颗粒上固载化纤维素酶的存在,用热重分析了固载化酶和自由酶的热稳定性,计算了制备的生物酶催化剂负载量和磁性粒子含量.对影响负载酶活性的多种因素进行了考察,合适的负载温度和pH值分别为40℃和6.0,戊二醛最佳添加浓度为2.0％,适宜的固载时间为4h.在最优负载条件下得到的固载化生物酶的活性可以保持自由酶活性的99.1％.经过15次重复使用后,固定化酶活性仍能保持91.1％.将制备的生物酶催化剂用于玉米芯分解制葡萄糖反应,预处理后的玉米芯最大分解率可达61.94％.     

多孔泡沫状CuO微纳米纤维的制备及用于无酶葡萄糖传感器

以静电纺丝技术结合煅烧工艺制备多孔泡沫状CuO微纳米纤维. 通过SEM, IR及XRD对材料进行形貌与结构表征. 样品表面粗糙且呈多孔泡沫状. 利用该材料对玻碳电极进行修饰, 并检测修饰电极对葡萄糖的电氧化性能, 发现该电极对葡萄糖的检测灵敏度为6.17 μA·L·mmol^-1·cm^-2, 检测限为65.3 μmol/L. 同时, 该电极对抗坏血酸、 尿酸和乙醇表现出良好的抗干扰性. 这些优良的性能取决于CuO特殊的形貌. 多孔泡沫结构有助于增大比表面积从而提高与葡萄糖的反应活性. 研究表明, 多孔泡沫状CuO微纳米纤维在无酶葡萄糖传感器方面具有潜在应用价值.     

磁性纳米多酶催化剂的制备及其用于葡萄糖浓度的检测

制备了一种用戊二醛交联壳聚糖包裹Fe_3O_4与葡萄糖氧化酶(GOX)的多酶催化剂(Chit-Fe_3O_4-GOX),并对其进行了表征与性能研究。待测溶液中的葡萄糖在GOX作用下产生H_2O_2,进而在具有模拟辣根过氧化物酶催化特性的Fe_3O_4的催化下产生羟基自由基,再与TMB反应显蓝色。从而通过在特定波长下吸光度与H_2O_2浓度间的关系间接得出底物葡萄糖浓度,建立了可视化检测葡萄糖含量的方法。所制得的多酶催化剂具有良好的超顺磁性,可以方便实现磁分离和回收,具有较高的催化效率。多酶催化剂的最佳使用条件是:反应温度30℃、反应时间6 h、多酶催化剂用量2 mg/mL、TMB用量3 mg/mL。吸光度与葡萄糖含量的线性关系为y=0. 0026+0. 10432x。方法可快速检测血液或者尿液中葡萄糖含量。     

废虾壳衍生多孔碳纳米酶的制备及用于比色检测自来水中过氧化氢

以废虾壳为碳源,通过惰性气氛高温碳化法制得废虾壳衍生的多孔碳纳米酶,并将其作为一种类过氧化物模拟酶用于比色检测自来水中的H₂O₂。所制备的碳纳米酶呈无定型多孔结构,且催化活性类似天然辣根过氧化物酶。考察了反应体系中各参数对类过氧化物酶催化活性的影响。在最优条件下,废虾壳衍生多孔碳纳米酶比色分析H₂O₂的线性范围为0～200μmol/L,线性相关系数R²=0.9772,检出限为0.59μmol/L。建立的方法可用于快速分析自来水中的H₂O₂。     

石墨烯量子点功能化金纳米粒子的制备及作为过氧化物模拟酶用于葡萄糖检测

基于石墨烯量子点（GQD）的还原性,在无需外加保护剂的条件下,采用一步法成功制备了稳定性高、分散性好的石墨烯量子点功能化的金纳米粒子（GQD@AuNPs）.所制备的GQD@AuNPs有优良的过氧化物模拟酶催化活性,能够有效地催化H₂O₂氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）产生显色反应.以TMB为模型底物,研究了催化条件（温度和pH）对催化活性的影响.电子自旋共振光谱（ESR）结果表明,GQD@AuNPs与辣根过氧化物酶（HRP）类似,能有效地催化H₂O₂分解成羟基自由基（^·OH）.基于此,结合葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）作用下产生H₂O₂的原理,建立了可视化检测血清中葡萄糖含量的简便方法.在优化条件下,本方法的检测范围为2.0×l0^-6～4.0×l0^-5 mol·L^-1,检出限为3.0×l0^-7 mol·L^-1,并对实际样品进行测定,测定结果与临床结果一致.     

NaYF4∶Yb,Er纳米粒子作为过氧化物模拟酶用于尿酸检测

聚丙烯酸修饰的NaYF4∶Yb,Er纳米粒子能够有效地催化H2O2氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)产生显色反应,表现出良好的过氧化物模拟酶催化活性。本研究以TMB为模型底物,研究了催化条件(温度和pH值)对催化活性的影响。同时,结合尿酸在尿酸氧化酶作用下产生H2O2的原理,建立了比色法测定血样中尿酸含量的简便方法。在最优条件下,本方法的检测范围为1.0×10"5～2.0×10"4mol/L,检出限为5.3×10"6mol/L,并对实际样品进行测定,测定结果与临床结果一致。