纳米模拟酶是一种既具有纳米材料的独特性能,又具有催化能力的模拟酶。纳米酶的催化活性具有可调节性,比如可以通过改变纳米材料的尺寸和比表面积,改变纳米酶的结构,添加表面基团修饰等方式调控纳米酶的催化活性。纳米酶具有高效催化能力、经济和规模化制备等特点,被广泛应用于食品、医学、化工、农业等领域,而在基础研究方向,纳米酶在生化分析中的应用较为常见。食品中过氧化氢和葡萄糖含量的多少影响到人体摄入这些食品后的健康,而人体体液中过氧化氢和葡萄糖的含量是诊断疾病的重要指标,因此,发展高灵敏度的过氧化氢和葡萄糖检测方法具有实际意义。近年来,铜基纳米材料由于其独特的物化性质和结构被广泛的关注和应用,为了提高其在分析检测方面的利用效率,本文从铜基纳米材料模拟酶活性增强着手,以构建高灵敏度检测方法为目标,发展了三种检测过氧化氢和葡萄糖的方法,为糖尿病等疾病诊断、食品分析检测提供方法理论依据。具体工作和结果如下:1.基于Cl-增强纳米氧化铜模拟过氧化物酶活性而放大显色信号构建了过氧化氢和葡萄糖比色检测方法。首先探究了纳米氧化铜在三个底物(H2O2,TMB,Cl-)存在下的模拟酶催化机制,发现其符合米氏方程和乒乓机制,通过模型分子肉桂醇和3-oxo-C8-HSL的卤代反应证实体系中产生了活性卤素物质,这与天然的卤过氧化物酶(HPO酶)相似,因此首次提出纳米氧化铜具有类似卤过氧化物酶的活性,并总结出反应机理:CuO NPs首先和H202反应生成过氧中间产物,然后过氧中间产物攻击Cl0产生活性氯物质,最后活性氯物质氧化或破坏有机分子,同时,Cl-加速CuO纳米颗粒表面Cu2+与Cu+的循环过程而使整个反应循环加快。最后利用CuO NPs模拟HPO酶的特性构建了体系CuO-H2O2-Cl-用于过氧化氢和葡萄糖的比色检测,结果得到过氧化氢的检测范围和检测限分别是2.5 μM～200 μM和2.5 μM,检测限比CuO-H2O2体系高40倍,葡萄糖的检测范围和检测限分别是10～300 μM和10 μM,检测限比CuO-H202高20倍,说明本方法具有较高灵敏度。干扰实验结果证明其他糖类产生的信号不足以干扰本体系对葡萄糖的测定。将本方法用于实际样品中葡萄糖的测定,检测结果与己糖激酶法相似,证明我们建立的方法具有一定的准确性。2.基于CuFeO2纳米颗粒中低价态金属赋予的高效催化活性构建了过氧化氢和葡萄糖荧光检测方法。首先探究了 CuFeO2纳米颗粒模拟酶的性质,发现其能催化氧化TMB显色,催化过程符合米氏方程和乒乓机制。然后通过比较不同纳米颗粒的催化活性,得知CuFeO2催化活性高于Fe2O3,CuO,Fe3O4等纳米颗粒,并确定了 CuFeO2高效催化活性的原因,也就是说,体系中起到氧化作用的羟基自由基在Cu+(?)Cu2+和Fe3+与Fe2+两个转化过程中产生,另外,Cu+和Fe3+之间的协同作用,使得Cu+把Fe3+还原成Fe2+,此时Fe2+的增加使得更多的羟基自由基产生,从而加速了反应速率,进而增强了催化活性。基于上述,我们利用CuFeO2的强催化性能,以羟基自由基氧化对苯二甲酸产生荧光物质为原理,构建了过氧化氢和葡萄糖的荧光检测方法。实验结果得到荧光强度和过氧化氢浓度在0.05 μM～10 μM范围内有良好线性关系,检测限是32 nM,具有较高灵敏度;荧光强度和葡萄糖浓度在1 μM～10μM范围内有良好线性关系,检测限是0.24 μM。将本方法用于实际样品中过氧化氢或葡萄糖的测定,通过计算加标回收率或者与其他方法对比,结果令人满意,说明本方法具有一定的准确性。3.研究了具有良好磁性的CuFe204纳米颗粒的模拟酶质,其催化过程符合米氏方程和乒乓机制。为了增强其催化活性,我们将具有良好导电性的MWCNTs和CuFe204结合,形成CuFe2O4-MWCNTs复合材料,这样不仅保持了两种材料固有的特性,还赋予了材料更优异的性能。实验证明CuFe204-MWCNTs复合材料的催化性能高于单独的CuFe2O4和MWCNTs,因此利用它良好的磁性和催化性能初步建立了过氧化氢的化学发光检测方法。结果得到化学发光强度和过氧化氢浓度在0.02 mM～0.5 mM有良好线性,过氧化氢的检测限是0.5μM,具有一定检测灵敏度。这种方法不仅有较高灵敏度,而且实现了纳米颗粒的回收,是具有一定优势的。