开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
一、文献综述:
天然酶是由活细胞产生的、对底物具有高特异性和高催化性的蛋白质或者RNA,作为一种高效的生物催化剂,其可以催化生理条件下的许多反应。鉴于其高特异性和高效率催化的优点,酶在环境监测、临床诊断和废水处理等方面得到广泛应用。然而,酶也存在着巨大的缺点,首先,大多数酶为蛋白质,其在恶劣条件下容易变性,其次,从生物体中直接提取酶不仅经济成本高而且操作难度大,因此,纳米酶应运而生。自从2007年发现Fe3O4具有过氧化物酶性质以来,纳米酶——一种被定义为具有类酶活性的纳米材料,为减小天然酶在实际应用当中的局限性提供了很好的选择。而且,纳米酶的发现也激励了科学家探索隐藏在纳米材料中的内在生物功能[1],促进了一个连接有机和无机材料以及连接纳米技术和酶学的新领域的发展。
酶的活性来自于酶本身的活性中心,即酶的活性位点,近年来,通过模拟天然酶的活性部位来合理构建纳米酶,使其具有与天然酶相当甚至更高的催化性能已成为研究的热点,这种纳米材料具有多低成本、高稳定性、可回收性等优点。在过去的几年里,各种纳米材料,如单原子催化剂[2]、贵金属[3]、金属氧化物[4]、碳基材料[5]等被证明是纳米酶,用于抗菌、传感、环境处理、癌症治疗、抗氧化等各个方面。同时,基于纳米材料本身的特性,可以通过改变其成分、结构和物理化学性质,赋予纳米酶在实际应用中可调节性、灵活性、多功能性等特点。目前,纳米酶的类酶活性已经涵盖了四种天然酶:氧化还原酶、水解酶、裂解酶及异构酶,作为新一代人工酶,纳米酶在多个应用领域具有十分广阔的前景。以往研究中报道的仿生纳米酶一般是基于精确的多步合成方法或复杂配体分子制备的,因此,仿生纳米酶的进一步开发和应用需要简便的合成方法和简单的配体分子。
漆酶(Laccase)存在于植物、微生物、菇类及昆虫等物种体内,在空气中同样具有活性,是一种含有四个铜离子的多酚氧化酶[6, 7],一方面,漆酶可以催化小分子化合物耦合成大分子化合物,另一方面漆酶也可以催化大分子化合物降解成小分子化合物[8, 9]。这些催化过程中,漆酶可以将溶液中溶解的氧作为最终的电子接受体,使得化合物中的单电子受到催化而氧化成活性自由基中间体,这些自由基可以催化底物发生耦合或者键断裂反应[10, 11]。与其他过氧化物酶的催化反应相比,漆酶催化反应的最大优势是其催化效率高,催化条件温和并且副产物仅有水,不会造成二次污染,可以作为一种环境友好型催化剂,因此,漆酶在生物应用领域中前景广阔,备受研究者们关注。目前漆酶的生产主要依赖于发酵,存在产量低、成本高、稳定性差等缺点。为了解决这些问题,人们尝试了用不同的铜配体来模拟漆酶,如卟啉类[12, 13]、酞菁类[14, 15]和咪唑类[16-18]化合物。然而,模拟出的大多数络合物只含有一个或两个铜离子,而天然漆酶存在四个铜离子。最近几年,有报道使用含铜碳点来模拟漆酶[19],但是在这种复杂体系中,配位环境很难研究。近日,王静辉等人[20]报道了一种用三聚氰酸与铜配位,制备的具有高漆酶和高儿茶酚酶样氧化活性的纳米酶,同时,此报道中还提到了用间苯三酚与铜配位制成的纳米酶。间苯三酚常作为临床一种平滑肌解痉药,能够直接作用于胃肠道、泌尿系统、生殖道的平滑肌,与其他的解痉药相比,间苯三酚不具有抗胆碱作用,因此其也不具有胆碱样副作用,不会出现低血压、心率加快、心率失常等副作用,值得注意的是,间苯三酚仅针对痉挛的平滑肌有作用,对正常的平滑肌几乎不会产生影响。
在此基础上,本次工作通过将间苯三酚与Cu2 进行简单、绿色的反应,模拟酶的活性位点,制备了一种新型的纳米酶。
二、拟解决的问题
1、纳米酶的制备
2、纳米酶漆酶样活性及儿茶酚酶样活性测定
3、纳米酶与漆酶的稳定性比较
