摘 要

天然酶作为一种自然界中存在的物质，其自身具有极高的催化活性，能够高效专一地参与到相应的化学反应中。然而天然酶自身存在的缺陷，比如含量低、提纯难度高、存储不方便以及对酸碱条件的苛刻，这些都限制了天然酶自身的发展以及在相关领域的应用。基于以上条件，合成出一种具有天然酶催化性能的模拟酶则具有非常积极的意义。自从Yan等人发现磁性四氧化三铁材料具有酶的催化活性之后，纳米级的材料就获得了研究人员的极大关注，俨然成为合成模拟酶的理想材料。传统的比色检测，又存在范围小、精确度低的问题，因此，筛选出合适的荧光底物，开发出一种新型的荧光检测法，对生物传感器的构建具有十分积极的意义。

本课题开展了以下的工作：

1. 采用简单的水热法合成Fe-MOF材料，并且对该材料进行表征。
2. 对几种荧光底物进行初步筛选，对相应底物进行条件优化，进行比对， 从 而筛选出最优的荧光底物，为生物传感器的构造提供依据。

关键词：金属有机骨架 模拟酶 荧光

Screening of Fluorescent Substrates for Peroxide Mimetic Enzymes Based on Metal Organic Framework Materials

Abstract

As a natural substance, natural enzymes have high catalytic activity and can participate in the corresponding chemical reactions efficiently and exclusively. However, the shortcomings of natural enzymes, such as low content, high purification difficulty, inconvenient storage and harsh acid-base conditions, limit the development of natural enzymes and their application in related fields. Based on the above conditions, it is of great significance to synthesize a mimic enzyme with natural enzyme catalytic performance. Since Professor Yan Xiyun first discovered the peroxidase mimetic properties of iron materials, peroxidase mimetic enzymes of various other materials have emerged in endlessly. Nanoscale materials have received much attention and are very appropriate to synthesize mimetic enzymes.While the range of colorimetric detection is small and the accuracy is low. Therefore, it is of great significance to select suitable fluorescent substrates and develop a new fluorescence detection method for the construction of biosensors.

This topic has carried out the following work:

1. Fe-MOF material was synthesized by simple hydrothermal method and characterized.
2. Several fluorescent substrates were preliminarily screened, and the conditions of the corresponding substrates were optimized and compared, so that the optimal fluorescent substrates were screened out, providing a basis for the construction of biosensors.

Key words: Metal-organic frameworks;Mimetic enzyme;Fluorescence

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT.................................................................................................................................Ⅱ

目录..............................................................................................................................................Ⅲ

第一章 简介 ..........................................................................................................................1

1.1 绪论 1

1.1.1 金属有机骨架材料及其发展历程 1

1.1.2 金属有机骨架材料的常见合成方法 1

1.1.3 天然酶与纳米酶 2

1.1.4 荧光检测法和荧光底物 3

1.2 本论文研究主要工作 3

第二章 实验部分 4

2.1 引言 4

2.2 实验 4

2.2.1 实验试剂 4

2.2.2 实验仪器 4

2.2.3 Fe-MOF的合成 4

2.2.4 材料的常见表征方法 5

第三章 实验结果与荧光底物反应条件优化 6

3.1 Fe-MOF的表征 6

3.1.1 Fe-MOF的XRD表征 6

3.1.2 Fe-MOF的TEM表征 7

3.1.3 Fe-MOF的FTIR表征 7

3.2 基于Fe-MOF材料的过氧化物模拟酶的荧光底物反应条件优化 7

3.3 “turn on”模式下的过氧化氢检测—以VB₁为荧光底物 8

3.3.1 Fe-MOF过氧化物模拟酶活性的验证 8

3.3.2 pH对过氧化物模拟酶活性的影响 9

3.3.3 温度对过氧化物模拟酶活性的影响 10

3.3.4 时间对过氧化物模拟酶活性的影响 11

3.3.5 Fe-MOF浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 11

3.3.6 底物VB₁浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 12

3.3.7 过氧化氢浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 13

3.4 “turn on”模式下的过氧化氢检测—以ADHP为荧光底物 13

3.4.1 Fe-MOF过氧化物模拟酶活性的验证 13

3.4.2 pH对过氧化物模拟酶活性的影响 14

3.4.3 温度对过氧化物模拟酶活性的影响 15

3.4.4 时间对过氧化物模拟酶活性的影响 15

3.4.5 Fe-MOF浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 16

3.4.6 底物ADHP浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 17

3.4.7 过氧化氢浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 17

3.5 “turn on”模式下的过氧化氢检测—以芝麻酚为荧光底物 18

3.5.1 Fe-MOF过氧化物模拟酶活性的验证 18

3.5.2 pH对过氧化物模拟酶活性的影响 19

3.5.3 温度对过氧化物模拟酶活性的影响 19

3.5.4 时间对过氧化物模拟酶活性的影响 20

3.5.5 Fe-MOF浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 21

3.5.6 底物芝麻酚浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 21

3.5.7 过氧化氢浓度对过氧化物模拟酶活性的影响 22

第四章 最优荧光底物的筛选 24

4.1 不同荧光底物对过氧化氢的检测 24

4.2 结果与讨论 25

第五章 结论与展望 26

参考文献 27

致　谢 30

第一章 简介

1.1 绪论

1.1.1 金属有机骨架材料及其发展

多孔材料是一类由一系列连通的或者密闭的孔形成的材料，由于它们具有优异的相对密度和比表面积，使得它们在上个世纪被广泛应用在军事工业、民用工业等领域。然而，特别是进入本世纪，随着科学技术的不断发展，不同学科之间的联系也越来越紧密。同时，传统的多孔材料也因为结构上的无序与单一、成本高等因素越来越不能满足实际需要，这时候，金属有机骨架材料被开发出来^[1]。

金属有机骨架(MOFs)是指金属离子与有机配体通过配位键的作用形成的多孔晶体材料^[2]。科学家将离子与配体按照不同的排列进行组合，并赋予材料不同的孔结构，使它们在光学、电磁、声学、催化等方面具有优异的性能^[3]。

上个世纪九十年代，Yaghi教授开创性地用钴和均苯三酸合成了一种新型材料，并首次将这类材料称为MOFs材料。此后，MOFs材料的发展进入了井喷期。四年之后，Yaghi教授再接再厉，以二元羧酸为配体，合成出了具有稳定结构的金属有机骨架材料，并将它命名为MOF-5^[4]。实验表明，该材料具有非常高的比表面积，可应用于相关气体的吸附，同时，MOF-5在高温下(超过300℃)依然具有稳定的结构和相应的性质。Yaghi教授的这篇论文发表后，越来越多的科研工作者将目光聚焦在了MOFs材料的吸附功能方面，之后合成的材料不断打破着比表面积的最高纪录，比如MIL-100(3100 m²/g)和MIL-101(5900 m²/g)^[5]。

近年来，随着越来越多的关于MOFs材料的文章得以发表，全世界泛起了“MOFs热”，我相信未来会有更多拥有新特性新材料会得到发掘。

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