基于石墨烯的自组装纳米结构模拟酶构建及功能研究

氧化铁纳米粒子固有的过氧化物酶活性被发现以来，纳米粒子仿酶体系的构建、催化机制及应用研究成为目前研究的热点。石墨烯由于独特的物理、化学及生物特性而成为性能优异的载体材料，其共轭的平面结构和良好的电子传递能力有利于对酶底物分子的富集以及催化活性的提高。本项目创新性地提出通过自组装技术构建石墨烯与卟啉铁衍生物等小分子酶活中心、以及石墨烯与不同类酶纳米粒子（如Fe3O4、Co3O4、Au、普鲁士蓝等）的复合纳米结构模拟酶体系，研究构建的方法、调控及共性规律；探索自组装纳米结构模拟酶的类酶催化机制，小分子酶活中心或纳米粒子-石墨烯-底物之间的相互作用及电子传递过程，以及协同增强的催化效应；研究基于自组装纳米结构模拟酶构建纳米探针的方法及进行敏感性、特异性与稳定性的评价，结合纳米材料的光电磁特性，发展同时具有磁分离富集、高效催化及生物检测的多功能免疫检测新方法。

纳米结构模拟酶是指一类具有类似生物酶催化功能的纳米材料。构建具有高催化效率的纳米结构模拟酶并研究其催化机制对于纳米酶的应用具有重要意义。本研究重点研究了氧化石墨烯 (GO)、Fe3O4、Fe2O3、Co3O4、普鲁士蓝(PB)、Au等纳米结构的多种类酶活性（包括过氧化物酶、过氧化氢酶、氧化酶及超氧化物歧化酶）的影响因素及催化机制。重点研究了pH、温度、尺寸、表面修饰和电荷、纳米结构暴露晶面的成分以及交变磁场对酶活性的影响。利用电子自旋共振（ESR）技术研究纳米酶的活性机制，根据实验结果提出了Fenton效应机制和电子转移机制两种纳米酶活性机制。在对几种纳米结构模拟酶的酶效应研究基础上，结合活性氧（ROS）、细胞微环境和一些疾病的特点，开发出了纳米结构模拟酶在生物检测、超声检测、细胞抗氧化和细胞毒性研究等方面的应用。