磁性荧光模拟酶多功能材料的构建及对生物分子的分离检测

Superparamagnetic nano Fe3O4 and fluorescent Au clusters were prepared firstly in the aqueous phase. Next, two particls were encapsulated with good biocompatibility SiO2 in a microemulsion system. The prepared multifunctional material is superparamagnetism, fluorescence and mimic peroxidase. Enzymes, e.g. glucose oxidase and trypsin, can be coupled on the surface of the material, and the enzyme substrats, e.g. glucose and bovine serum albumin, can be seprated and enriched in the presence of external magnetic field. The fluorescence of material will be quenched by peroxid produced from enzymes and enzyme substrats, and the fluorescent signal are used for fluorescent detection for targent substract. Meanwhile, Fe3O4 and Au clusters exhibited intrinsic peroxidase-like activity, which catalyze the oxidation of a peroxidase substrate by H2O2 to the oxidized colored product and provides a colorimetric detection of targent substract. The target analyts can be separated and enriched and visual qualitative analysis and quantitative colorimetric analysis on the same vector in this project. This method is potentially useful in visual detection of biomolecules in field analytical chemistry and clinical analysis.

在水相中分别合成具有超顺磁性的四氧化三铁磁性纳米粒子和具有荧光的金团簇，然后在微乳液体系中用生物相溶性好的二氧化硅包覆两种粒子，制备出同时具有超顺磁性、荧光和模拟酶特性的多功能材料。用偶联试剂在该材料表面偶联酶分子（如葡萄糖氧化酶、胰蛋白酶），在外磁场协助作用下，该材料可对溶液中相应酶底物分子（如葡萄糖、牛血清白蛋白）有效地分离富集。富集在材料表面的酶和底物反应产生的过氧化氢可淬灭复合材料的荧光，从而可根据荧光信号的变化实现对目标分析物的荧光可视化检测；同时，四氧化三铁和金团簇均具有模拟酶特性，在反应产生的过氧化氢协同作用下，能够酶催化过氧化酶底物产生有色物质，因而可用比色法直接定量分析过氧化氢，达到间接定量分析目标分析物目的。该项目实现了在同一载体上对目标分析物的有效分离、富集、可视化定性荧光分析及比色定量分析，有效提高了分析物的灵敏度，在野外现场分析及临床分析中具有好的应用前景。

在水相中分别合成具有超顺磁性的四氧化三铁磁性纳米粒子和具有荧光的金团簇，然后在微乳液体系中用生物相溶性好的二氧化硅包覆两种粒子，制备出同时具有超顺磁性、荧光和模拟酶特性的多功能材料。目前，我们主要做了在水相中Fe3O4的合成及Fe3O4@BSA-AuNPS的合成。用扫描电镜（SEM）、荧光、粉末衍射仪（XRD）及红外光谱对合成的复合材料进行了详细表征，表明合成的材料具有很好的磁性和荧光性能。然后研究了该材料的模拟酶性质。实验表明在反应温度为70◦C ，pH为3时，Fe3O4@BSA-AuNPs表现出最佳的催化活性。相比Fe3O4磁性粒子及Au团簇，复合材料在更高的温度和更低的pH条件下具有好的过氧化物酶催化活性，说明Fe3O4@BSA-AuNPs能够在更加严酷的环境中进行催化。动力学实验表明：对底物H2O2的Km=2.05 mM、Kcat=3.21 S-1、Vmax=6.88×10-6 MS-1。相似的，对底物TMB的Km=5.71 mM、Kcat=0.0654 S-1、Vmax=1.43×10-7 MS-1。在实际应用中，我们成功的建立了比色法检测H2O2和葡萄糖，对他们的检测范围分别为1×10-6～4×10-5M和5×10-6～3.5×10-4 M，检测限为3 5×10-6 M和3.9～6.9 mM，并成功将此方法应用于真实样本的检测。并且由于Fe3O4@BSA-AuNPs的荧光会被H2O2猝灭，建立了可视化检测葡萄糖的方法。.该项目的研究实施，拓展了多功能材料的合成方法及应用，对模拟化酶的具体构建、应用提供了新的策略，对于特定生物小分子的分离、富集及检测提供了新的技术手段。