离子液体－乙酰胆碱酯酶仿生结构及农药残留检测

有机磷和氨基甲酸酯类农药是我国农业生产中施用的主要产品，它们抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）的活性，对其深入研究有助于利用酶抑制法实现农药的快速检测。预研究发现AChE在油/水两相中表现出良好的催化活性，某些离子液体存在时甚至表现出超活性。离子液体具有生物相容性，既有亲水的，也有疏水的，和有机溶剂的相溶性也不尽相同，能够设计无水、微水、两相、胶束及其凝胶等体系。两亲性生物多肽镶嵌到磷脂双层中形成仿生离子通道，作为一种膜蛋白，AChE也能够分布在仿生膜结构上。许多农药及AChE的底物都是难溶于水的,使得设计更加丰富多样。本项目构建离子液体-AChE仿生结构，研究其生物催化和抑制性质，建立有机相中的AChE活性分析和农药残留检测新方法。AChE在体系中催化活性和稳定性增强、能够抵抗生物降解、富集更多农药的同时也避免常规有机溶剂本身对酶活性的抑制、对有机磷和氨基甲酸酯类农药具有更高的抑制灵敏度。

研究关注乙酰胆碱酯酶智能仿生纳米结构的构建，有机相或多相体系中的生物催化和抑制，食品、环境中农药残留或神经毒剂的快速检测。我们研究了亲水性离子液体对乙酰胆碱酯酶催化和抑制的影响，发现亲水性离子液体能够竞争性地移去乙酰胆脂酶分子周围的水分子，从而抑制酶活性；另一方面，少量亲水性离子液体的存在能够提高乙酰胆碱酯酶的抑制灵敏度。在油水两相界面上构建了乙酰胆碱酯酶仿生结构，研究发现这样一个仿生结构在两相界面上具有良好的催化活性和抑制灵敏度。此后我们利用水溶性膜固定乙酰胆碱酯酶，研究了它在均相体系中的催化和抑制；将此水溶性薄膜用于有机磷的电化学分析，取得了良好的效果。研究取得了一定的进展。对有关内容进行综述，在Chemical Reviews上发表。在研究乙酰胆碱酯酶催化与抑制的过程中，我们注意到硫代乙酰胆碱是常用的电化学检测底物，对其产物硫代胆碱的检测与酶的活力和抑制相关。于是我们把注意力转移到对硫醇的检测上来，研究发现氢氧化镍材料对硫醇具有良好的催化作用，在近中性缓冲液中，背景信号很低，而响应信号很大。研究也发现，高电位处理能够促进氧化镍表面转换生成较多的氢氧化镍和羟基氧化镍氧化还原对，从而提高氧化镍修饰电极对葡萄糖的电催化和电分析性能。我们也建立了两相界面上合成与组装氢氧化镍膜的技术，利用一滴甲苯诱导水面上聚吡咯-普鲁士兰纳米复合物薄膜的合成与组装，这些薄膜能够很容易地转移到电极表面，并显示出出色的电化学性能。另外我们还报道了一个简单的电化学方法将氢氧化镍纳米膜转换为亚铁氰化镍。