基于中空柱状蛋白构建一维贵金属纳米线用于胆固醇检测研究

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纳米材料由于其独特的尺寸效应具有优越的光、电以及催化性能,在医用材料、传感等领域具有广泛应用。生物大分子来源丰富,天然具有纳米尺寸和多样的形貌,这些特点使得生物分子经常被用作模板合成金属纳米材料。其中,病毒外壳是最具代表性的生物模板之一。烟草花叶病毒作为典型中空棒状病毒,在纳米生物材料的研发中受到了广泛关注。本文主要借助烟草花叶病毒的中空棒状结构,分别利用其内腔和外表面的作为反应位点用于合成系列一维贵金属纳米材料。基于贵金属纳米材料优越的类过氧化物酶活性,通过与胆固醇氧化酶联用,建立胆固醇体外生物检测。主要内容如下:(1)利用烟草花叶病毒外壳蛋白(TMV)作为限制性模板,构建了一种高效的一维(1D)金纳米结构。考虑到TMV具有独特的中空结构和动态自组装特性的优点,通过在磁盘状TMV的组装基元TMV disk内孔预先功能基团巯基,利用巯基与金纳米粒子(Au NP)形成金-硫键,从而得到TMV disk装载Au NP复合体,Au NP因位于蛋白内孔,不影响TMV disk外表面结构和基团。因此,通过调控组装条件,诱导复合体进一步组装成微米级纳米串。此外,由于TMV内腔的空间限制效应,TMV包裹的Au NP纳米串通过进一步原位矿化形成细长的金纳米棒。研究结果表明,TMV辅助自组装方法比其他基于直接矿化TMV纳米棒中的金属结构的研究具有更高的长径比,为制备新型的纳米金属结构提供了新的可能。(2)棒状的TMV外表面提供了更加直接的反应界面,利用TMV作为模板,通过金属离子原位自还原成核及生长,成功制备了单金属钯(Pd)以及双金属钯铂(Pd-Pt)纳米线。通过调节模板与金属离子的浓度比、反应时间以及双金属之间的比例,精细调控钯(Pd)纳米线及钯铂(Pd-Pt)纳米线的最终直径,展示了材料成分、形貌可控的单/双金属纳米线的制备。(3)制备的金属纳米线在酸性条件下具有优异的类过氧化物酶活性,当铂钯比例为3:1时制备的金属纳米线表现出优异的催化活性,通过稳态动力学得出其酶学动力学参数,H2O2的Km和Vmax分别为9.57 m M,0.313×10-7M/s,TMB的Km和Vmax分别为0.11 m M,2.102×10-7M/s。因此,利用其优良的类过氧化物酶活性,通过与胆固醇氧化酶联用,建立一种简单的比色法专一性检测血液中胆固醇浓度。该材料对胆固醇检测的线性范围为50-800μM,最低检测限为38μM。与其他检测方法相比,该方法可以在短时间内完成对胆固醇的专一性检测,更为简便快速,有望于实现对血清胆固醇含量的无标记、快速、灵敏特异性检测。
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