酞菁类MOFs材料模拟酶的设计合成及其在可视化检测中的应用研究

Natural enzymes can catalyze the biochemistry reaction due to their high catalytic efficiency and strong substrate specificity in the condition of mild reaction. However, they bear the serious disadvantage. For example, the structure of natural enzymes is easy to change; the storage conditions of natural enzymes are harsh and the purification are usually time-consuming and expensive. These factors limit their widespread applications. Therefore, it is important to develop the catalytic activity, stable and inexpensive artificial enzymes. And we have published the research of magnetic nanomaterials with enzyme-like characteristics in Analytical Chemistry. In this project, the phthalocyanine MOFs as novel artificial enzymes will be design with the aid of the method of quantitative structure-activity relationship in order to obtain the higher catalytic activity artificial enzymes, which reflect the incorporation of cheminformatics and the materials field of artificial enzymes. Investigate the feasibility of this new sensor for the visual detection of illegal additive in food. It is meaningful for increasing the detection ability for additive in food, ensure the safety of food and improve people's living standards.

天然酶能够在比较温和的条件下高效、专一地催化生物化学反应。然而，天然酶的结构容易发生变化、储存条件比较苛刻、很难纯化等因素大大限制了其实际应用。为了解决此问题，发展具有天然酶催化功能、结构稳定、价格低廉的模拟酶尤为重要。申请人已在Analytical Chemistry等杂志发表了有关磁性纳米材料模拟酶的研究。那么，本项目拟将化学信息学与模拟酶材料的研究领域有机结合，利用定量构效关系研究方法指导合成具有模拟酶性质的新型酞菁类MOFs材料，从而得到具有高催化活性的MOFs模拟酶。并考察其用于可视化检测食品中非法添加剂的可行性，在此基础上构建可视化检测非法添加剂的新体系。开展此课题研究对于提高食品添加剂的检测能力，保障食品安全、改善人们的生活水平都具有重要意义。

与天然酶相比, 纳米材料模拟酶具有制备过程简单、容易大规模制备、性质稳定、可重复使用、对外界环境耐受性强、制造及储存成本低等优点, 因此，被广泛用于重金属检测、有机污染物降解、生物医学领域的检测分析以及疾病治疗等诸多领域。本项目研究了层状双氢氧化物（Ni/Co LDHs）纳米材料在中性条件下具有过氧化物模拟酶的性质，利用电子顺磁共振技术（ESR）研究其过氧化物模拟酶的活性机制，根据实验结果得出，Ni/Co LDHs催化H2O2产生•OH 和1O2, 由于•OH 和1O2具有较强的氧化能力，可以氧化过氧化物酶底物ABTS。基于Ni/Co LDHs模拟过氧化物模拟酶在水中具有的活性，构建了一步法检测葡萄糖和乙酰胆碱的检测方法，此方法操作简便，耗时短。在碱性条件下，研究了Ni/Co LDHs作为过氧化物模拟酶模型催化三种新型过氧化物酶荧光底物（高香草酸(HVA)、酪胺盐酸盐(Tyramine)、3-(4-羟基苯基)丙酸(HPPA)）与H2O2的反应。通过实验条件、反应动力学和检测葡萄糖等实验，评价了这三种新型过氧化物酶荧光底物。利用Ni/Co LDHs-H2O2-HVA体系对抗坏血酸和谷胱甘肽的抗氧化性能进行了研究。由于Ni/Co LDHs-H2O2-HVA体系的荧光强度与pH值的变化有很大关系，因此设计了一种基于Ni/Co LDHs-H2O2-HVA体系的青霉素和尿素的检测方法。研究了NiCo2O4 纳米微球具有过氧化物和氧化物模拟酶的双酶活性，通过电子顺磁技术得出这两种模拟酶的活性机制。基于NiCo2O4 纳米微球过氧化物模拟酶的活性，构建了检测血液中葡萄糖的生物传感器。