模拟过氧化物酶活性的赭曲霉毒素A磁性分子印迹纳米颗粒的催化活性和识别机理研究

In this current proposal, novel magnetic molecularly imprinted nanoparticles with a diameter of about 30 nm as peroxidase mimetics against ochratoxin A are designed and prepared via combinatorial means of nanotechnology and molecularly imprinted technology. Then, the characteristics of the obtained nanoparticles are studied by multiple analyses with physical and chemical approaches, in order to elucidate the catalytic activity and recognition mechanism. Based on the magnetic separation, peroxidase-like catalytic activity and recognition property of these nanoparticles, a catalytic spectrophotometric method is newly developed for rapid， sensitive and selective determination of ochratoxin A in complex samples, where the nanoparticles as artificial enzyme mimetics not only have some generally recognized key characteristics of common nano-materials, but also specifically possess strong magnetism, good biological compatibility, high peroxidase-like catalytic activity and selectivity, overcoming the disadvantages of natural enzyme such as instability, time-consuming and expensive preparation. As expected, the achieved results of this current research will provide significant theoretical evidences for peroxidase mimetics in the application of food safety detection.

本项目拟通过纳米技术与分子印迹技术的有机结合，创新性地研究制备一种新型的具有过氧化物酶催化活性的磁性分子印迹纳米颗粒，直径约为30 nm。采用物理、化学等多种技术手段对该分子印迹纳米材料的基础特性进行表征，探究其催化活性及识别机理。并基于该材料的酶催化、选择性识别和磁性分离等作用，利用催化光度法，建立复杂样品中重要真菌毒素赭曲霉毒素A的快速、灵敏﹑特异性检测分析新方法。预期所制备的磁性分子印迹纳米材料除了具有普通纳米粒子所具有的特性外，还具有磁性强、生物兼容性好、催化活性高﹑特异性强等特点，克服了天然酶所存在的制备复杂、价格昂贵、稳定性差、反应条件要求高等缺点。该项目将为过氧化物模拟酶在食品安全检测等领域的应用基础研究提供重要理论依据。

近年来，纳米材料人工模拟酶已成为仿生化学研究的重要方向。其中具有过氧化物酶催化活性的Fe3O4 MNPs，除了具有普通纳米颗粒所具有的特性外，还具有很多优于天然过氧化物酶的性质，如催化活性高、化学稳定性好、储存方便、制备简单且成本低、可以磁性分离等，已成为研究热点。此外，由于赭曲霉毒素A （Ochratoxin A，OTA）在自然界分布广、毒性强，具有致畸、致突变和致癌等作用。OTA的检测、监测与控制已成为各国日常食品安全管理的重要环节，建立快速、灵敏的OTA 检测方法极为重要。近年来已有报道，OTA分子中含有酚羟基结构，在辣根过氧化物酶（HRP）催化作用下，可被H2O2氧化生成醌类结构，该氧化-还原反应机理为OTA的快速检测提供有效途径。因此，预期具有HRP催化活性的功能化磁性Fe3O4 MNPs可克服HRP存在的缺点，为OTA及其它硝基苯类化合物、芳香胺化合物、酚类化合物等环境污染物的检测分析提供新原理、新方法。.因此，本项目综合以上因素，围绕“模拟过氧化物酶活性的赭曲霉毒素A磁性分子印迹纳米颗粒的催化活性和识别机理研究”，主要从以下三个方面开展了相关研究工作：（1）基于四氧化三铁磁性纳米颗粒（Fe3O4 MNPs）具有过氧化物酶催化活性，建立了Fe3O4 MNPs-ABTS-H2O2反应体系，用于实现OTA及硝基苯类化合物2，4-二硝基甲苯（DNT）的快速比色检测方法，对OTA 和DNT的检出限分别为0.5 µg/L及1.5 ×10-7 mol/L。（2）以赭曲霉毒素A (OTA) 为模板分子，研制了OTA分子印迹的Fe3O4 MNPs， 并采用物理、化学等手段对其进行表征，研究表明所制备的磁性分子印迹纳米材料对OTA具有高的吸附性，好的选择性，有望用于OTA的快速检测分析。（3）以2，4-二硝基甲苯（DNT）为模板分子，制备了DNT分子印迹的多壁碳纳米管聚合物，并用于DNT的特异性快速电化学检测分析，检出限为1.0×10-9 mol/L，为赭曲霉毒素A等有毒有害污染物的快速检测开辟了新途径，同时为相关理论研究提供了重要参考。