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天然酶可以催化特定的化学反应,常被应用于体外诊断,生物传感,污水处理和食品安全等方面。然而其催化活性会受到温度、酸碱度(pH)等条件影响,在高温、强酸或强碱环境下易失活,从而限制了在极端条件下的应用。此外,天然酶提取困难,产量低,成本高,无法大规模生产,难以满足工业上的大批量需求。2007年Gao等首次发现了氧化铁纳米颗粒(IONPs)具有类似天然过氧化物酶的催化性能,将其定义为纳米酶。其中,普鲁士蓝纳米颗粒(PBNPs)因其在不同pH下分别表现为类过氧化物酶(POD),类过氧化氢酶(CAT)和类超氧化物歧化酶(SOD)活性而备受关注。本文中我们利用钴元素掺杂和酸腐蚀方法分别制备了掺钴普鲁士蓝纳米颗粒(Co-PBNPs)和空心普鲁士蓝纳米颗粒(HMPBNPs),研究了元素掺杂和多孔结构对于纳米酶活性的调节作用,之后研究了HMPBNPs在超声成像领域的应用。具体研究内容如下:(1)采用沉淀法将不同比例的钴元素掺杂到普鲁士蓝纳米颗粒中得到Co-PBNPs。发现随着Co元素掺杂比例的提高,Co-PBNPs的类过氧化物酶活性增强。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM),电子能谱仪(XPS)观察发现其形貌由立方体变为多面体,其中Co的价态发生改变。利用米氏方程分析其酶反应动力学发现随着Co掺杂比例提高,纳米酶对于酶反应底物的亲和性提高。(2)利用单源法将铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])作为单源反应物置于盐酸溶液中,80℃下制得PBNPs。将单源法制备的PBNPs置于140℃密封,聚乙烯吡咯烷酮存在下进行酸蚀得到空心普鲁士蓝纳米颗粒(HMPBNPs)。研究发现腐蚀后HMPBNPs的酶活性更强,呈现为中空介孔结构,具有大量1.7 nm的介孔和大的比表面积,相较于腐蚀前的PBNPs,HMPBNPs对于酶反应底物的催化效率提高了3倍。(3)HMPBNPs在酸性条件下表现出类过氧化物酶活性,在中性和碱性条件下表现出类过氧化氢酶(CAT)活性,可以催化过氧化氢(H2O2)产生氧气(O2)。采用溶解氧电极验证了其CAT酶活性,并且通过暗场显微镜发现其对于氧气具有很强的负载能力,并且具有稳定性。在小动物超声成像系统(US)中表现出明显的灰度值变化,表明HMPBNPs可以应用于超声成像领域。