西南石油大学 新能源与材料学院, 成都 610500
化学动力学疗法(CDT)利用肿瘤细胞内源性H2O2与芬顿催化剂反应生成高毒性的羟基自由基(•OH), 从而杀死肿瘤细胞, 但内源性H2O2不足和纳米粒子转运效率较低导致抗癌效果不理想。本研究制备了一种分散性良好、尺寸较小的铜掺杂介孔二氧化硅(Cu-MSN), 负载化疗药物阿霉素(DOX)和抗坏血酸盐(AA)后, 表面经叶酸(FA)和二甲基马来酸酐(DMMA)改性的壳聚糖(FA-CS-DMMA)以及羧甲基壳聚糖(CMC)包裹, 得到pH响应型靶向纳米催化剂FA-CS-DMMA/CMC@Cu-MSN@DOX/AA(缩写为FCDC@Cu-MSN@DA)。扫描电镜显示纳米粒子FCDC@Cu-MSN@DA粒径约为100 nm。体外48 h内Cu2+释放量可达80%, 药物DOX释放达到57.3%。释放的AA经自氧化后产生H2O2, 诱导Cu2+发生类芬顿反应, 从而增强CDT。细胞实验证明, FCDC@Cu-MSN@DA联合化疗药物表现出优异的抗肿瘤活性, 说明该多功能纳米催化剂在癌症治疗中具有潜在应用前景。
癌症治疗 铜离子 过氧化氢 纳米催化剂 化学动力学疗法 tumor therapy copper iron hydrogen peroxide nanocatalyst chemodynamic therapy
广西糖资源绿色加工重点实验室/生物与化学工程学院, 广西科技大学, 广西 柳州 545006
过氧化氢(H2O2)在食品工业、 环境监测分析、 燃料电池、 临床诊断等领域得到十分广泛的应用。 过氧化氢不仅是严重疾病的生物标志物, 也是重要的食品添加剂。 无论从食品安全还是人类健康考虑, 对过氧化氢构建简便、 快速、 灵敏的检测方法具有重要意义。 比色法因具有易操作、 成本低及检测结果可视化等优点被广泛关注。 比色法普遍使用的酶是辣根过氧化物酶(HRP)。 但天然酶存在易失活、 生产成本高及稳定性差等不足。 纳米酶克服了HRP易失活的缺点。 然而部分纳米酶合成复杂、 需要表征、 水溶性差及催化活性低等。 与HRP和纳米酶相比, 具有类过氧化物酶性质的铜离子(Ⅱ), 不仅具有灵敏度高的特点, 而且不需要复杂的合成、 易获得、 易储存、 不需修饰可直接使用、 操作简单及分析成本低廉等优势。 铜离子(Ⅱ)类酶能够通过催化过氧化氢生成羟基自由基, 氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)而产生氧化态TMB, 使溶液的颜色由无色逐渐转变为蓝色, 从而产生光信号, 这些光信号可以肉眼识别和通过紫外分光光度计检测。 基于上述原理构建过氧化氢的快速比色传感并应用于银耳样品的检测。 实验考察了体系中过氧化氢浓度、 pH值、 温度等因素对吸光度的影响。 选择缓冲溶液pH值为3.0, 温度40 ℃, TMB和铜离子(Ⅱ)浓度分别为6.0×10-4和8.0×10-3 mol·L-1, 反应时间为20 min。 在最优条件下, 过氧化氢浓度与体系的吸光度值呈良好的线性关系, 线性范围是0.08~40 μmol·L-1, 检测限为0.14 μmol·L-1。 该法可检测银耳中过氧化氢的浓度, 加标回收率在97.10%~107.08%之间, 相对标准偏差(RSD)小于5%。 该研究无需特殊检测设备条件下实现过氧化氢的简单、 快速、 成本低廉且灵敏的可视化检测, 有利于过氧化氢的定量检测在食品领域和临床上的快速推广。
铜离子(Ⅱ); 过氧化物模拟酶 比色法 过氧化氢 Copper ion (Ⅱ); Peroxidase mimicase Colorimetric method Hydrogen peroxide 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2795
1 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室、智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
2 重庆理工大学两江国际学院, 重庆 401135
为了实现对H2O2浓度选择性、准确的检测,研制了一种基于辣根过氧化物酶(HRP)的光纤倏逝波生物传感器。首先采用氢氧化钠溶液对去除部分纤芯的抗紫外石英光纤进行羟基化,接着利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行硅烷化,其次将光纤浸入戊二醛溶液中进行醛基交联,再次将光纤移入对H2O2具有选择催化性的HRP溶液中进行HRP分子固定,最后将固定有HRP的光纤在室温下晾干,即可获得HRP固定化光纤生物传感器。实验研究了戊二醛、HRP的浓度和固定时间、H2O2溶液的温度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性及检测下限,建立了传感器的理论模型。研究结果表明,传感器对H2O2有高选择敏感性,在4~20 μmol·L -1的H2O2浓度范围内传感器的输出信号与浓度间具有线性关系,灵敏度达到-8.164×10 -4 μmol -1·L,相对误差为7.59%,检测下限达到4 μmol·L -1。
光纤光学 过氧化氢浓度 辣根过氧化物酶 倏逝波 光纤传感器 选择性 灵敏度 光学学报
2022, 42(10): 1006001
1 北京工业大学环境与生命学部, 环境与病毒肿瘤学北京市重点实验室, 北京 100124
2 中国检验检疫科学研究院, 北京 100123
基于纳米金团簇(AuNCs)良好的光学稳定性、 生物相容性和简单无毒的制备方法, 开发了一种具有高度选择性、 高灵敏度且可视化的尿酸(UA)传感器。 使用牛血清白蛋白(BSA)作为模板合成了BSA-AuNCs。 在尿酸氧化酶的催化下, UA产生化学计量的过氧化氢(H2O2), 导致AuNCs的荧光猝灭。 此外, 发现BSA-AuNCs在该体系模拟过氧化物酶发挥酶活性, 它可以催化产物H2O2将底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine, TMB)氧化成ox-TMB, 此时BSA-AuNCs的发射光谱与ox-TMB的吸收光谱重叠, 发生了一种荧光共振能量转移(FRET)。 BSA-AuNCs作为供体将激发能量转移到受体ox-TMB, 使ox-TMB产生荧光, 同时BSA-AuNCs的荧光强度明显低于单独存在时的强度, 从而大大提高了UA检测的灵敏度。 在最佳条件下, 发现UA浓度在2~100 μmol·L-1猝灭程度线性关系良好, 线性方程为(F0-F)/F0=0.005 85cUA+0.103 64, 线性相关系数为0.995 4, UA的检出限为0.26 μmol·L-1, 远低于正常人体UA水平的最低限(90 μmol·L-1), 同时研究了血液样本中UA的加标回收, 回收率在97.3%~104.7%, 表明了该方法在临床血样UA的检测中具有很大的应用潜力, 为进一步的临床分析提供了良好的理论依据和方法学指导。
纳米金团簇 尿酸 过氧化氢 荧光共振能量转移 Gold nanoclusters Uric acid Hydrogen peroxide Fluorescence resonance energy transfer
延安大学化学与化工学院 延安市绿色合成材料与化学安全检测重点实验室, 陕西 延安 716000
通过一步水热法合成了荧光量子产率高达34%的锌掺杂碳量子点（Zinc doped carbon quantum dots, Zn-CQDs）, 并对Zn-CQDs的结构性能进行分析。基于Cu2+与H2O2产生羟基自由基可有效猝灭Zn-CQDs, 构建了Zn-CQDs-Cu2+ 荧光探针检测过氧化氢和胆固醇浓度。实验发现, 在pH=7.60的N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸（HEPES）缓冲溶液中, 于50 ℃孵化40 min时, 体系的（F0－F）/F0与H2O2浓度在1.0×10-5~1.0×10-6 mol/L范围内, 与胆固醇浓度在3.0×10-5~9.0×10-7 mol/L范围内分别呈良好的线性关系, 检出限分别为7.2×10-7 mol/L和6.8×10-7 mol/L。该方法用于水样中H2O2和牛奶中胆固醇含量的测定, 回收率分别可达98.55%~105.4%和98.00%~103.0%, 结果满意。该方法也为检测H2O2生成反应的其他代谢物提供了有效的检测思路。
锌掺杂碳量子点 过氧化氢 胆固醇 荧光猝灭 zinc doped carbon quantum dots hydrogen peroxide cholesterol fluorescence quenching
1 新乡学院医学院，河南 新乡 453003
2 新乡学院化学与材料工程学院，河南 新乡 453003
利用一种简便的一步溶剂热法合成了氮/铝共掺杂碳点，该碳点的水溶液在红光发射区的发光量子效率达30%。分别通过原子力显微镜（AFM）、动态光散射（DLS）粒度分析仪、荧光光谱仪、X射线光电子能谱仪（XPS）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等对其颗粒尺寸、表面化学结构及荧光性能进行了表征。所合成的氮/铝共掺杂碳点颗粒的平均直径为6.5 nm，在高浓度盐离子溶液、紫外光照射及温度变换下具有较强的抗漂白能力。同时，该碳点作为一种新型的荧光探针，可用于H2O2的选择性识别，检测极限为1.3 μmol/L，碳点荧光淬灭效率与0.12~1 mmol/L的H2O2浓度呈线性关系。
材料 铝掺杂 荧光 H2O2 碳点 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0916002
气相过氧化氢为强氧化剂, 其消毒、 灭菌的最终产物为水和氧气, 具有无残留、 安全、 快速消毒以及广泛的材料兼容性等优点。 广泛应用于制药、 医疗、 卫生、 生物安全等领域, 特别是新冠肺炎、 MERS、 SARS以及甲流等呼吸类传染性疾病的消毒防治。 为保证灭菌效果, 防止无菌检查的假阴性或者假阳性, 需要对过氧化氢的浓度进行监测。 基于1 255 cm-1量子级联激光器可调谐激光吸收光谱技术研制了一套气相过氧化氢浓度测量装置, 浓度测量范围为0~1 800 ppm。 采用V型光路结构、 窗口片将检测仪主要部件与过氧化氢进行隔离, 避免过氧化氢腐蚀。 针对高浓度、 高吸光度时一阶泰勒级数近似透射率函数误差较大这一情况, 采用二阶泰勒级数近似透射率函数, 导出了二次谐波信号关于气体浓度的二次函数。 二次谐波信号测得是电压值, 采用高锰酸钾滴定法对其进行标定、 溯源。 最终得到气相过氧化氢浓度的测量公式, 对高低浓度过氧化氢都拟合较好, 拟合误差最大为3%。 当湿度变化时, 二次谐波信号没有发生变化, 排除水分对过氧化氢测量的影响, 适用于灭菌过程中常压下高浓度VHP的浓度测量。
吸收光谱 可调谐激光吸收光谱技术 气相过氧化氢 中红外 Absorption spectroscopy Tunable diode laser absorption spectroscopy Vapor hydrogen peroxide Mid infrared 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1102
1 辽宁石油化工大学化学化工与环境学部, 辽宁 抚顺 113006
2 河南省新能源电池材料工程技术研究中心, 河南省先进电池材料开发应用研究中心, 河南生物分子识别与传感重点实验室, 商丘师范学院化学化工学院, 河南 商丘 476000
3 郑州大学化学与分子工程学院, 河南 郑州 450001
H2O2是一种常见的生物活性小分子, 其在细胞增殖, 炎症反应, 细胞信号传输等过程中都起着重要的作用。 细胞粘度是一项重要的生理微环境参数, 其为细胞是否正常运转的关键指标。 研究还表明, 一些重大的生理疾病与细胞组织的粘度及过氧化氢浓度异常均有着密切的关联, 如阿尔茨海默病、 癌症。 因此开发能有效同时检测H2O2及粘度的分析方法对揭示相关生理病理机制及重大疾病的诊断有着重要的意义。 研制了一种能有效检测H2O2与粘度的双响应型荧光探针(1)。 由于存在扭曲分子内电荷转移(TICT)的猝灭效应, 探针(1)几乎不具有荧光发射特性。 而随着环境体系粘度的增高, TICT效应被抑制, 探针(1)呈现出了强的荧光发射, 且发射峰位于近红外波段处(680 nm)。 随着粘度从1.996 cp增至851.8 cp, 探针的荧光强度增幅达到了85倍。 探针还能对H2O2产生灵敏的荧光响应, 发射峰位置在590 nm处。 响应原理为H2O2能与探针中的苯硼酸基团反应使探针脱除掉与吡啶氮原子相连的亚甲基苯硼酸, 从而减弱了探针分子中的TICT效应以及分子内电荷转移(ICT)效应, 因此探针溶液荧光发射显著增强且探针溶液的紫外光谱发生了明显的蓝移(吸收峰从540 nm移至460 nm), 对应溶液颜色从红色变为黄色。 荧光光谱测试表明探针(1)对H2O2的检测具有高的选择性与灵敏度, 探针体系在590 nm处的荧光强度与H2O2的浓度呈良好的线性关系, 线性范围为0～25 μmol·L-1, 根据IUPAC的3σ法计算得出检测限为0.34 μmol·L-1。 此外细胞荧光成像实验表明探针(1)具有较好的生物相容性及细胞膜通透性, 且能实现细胞内H2O2的成像分析。
荧光探针 过氧化氢 粘度 近红外 苯并噻唑 Fluorescent probe Hydrogen peroxide Viscosity Near-infrared Benzothiazole 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1775
福建农林大学食品科学学院, 福建 福州 350002
为降低魔芋葡甘聚糖(KGM)的分子质量,提升其在食品、医药、材料等领域的应用潜力,采用激光辅助过氧化氢的方法对质量浓度为0.01 g/mL的 KGM溶液进行降解,借助粘度计、流变仪初步确定较优的降解条件,再利用差示扫描量热法(DSC)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱仪对筛选出的KGM降解产物进行表征,并初步探究出其降解机理。结果表明:当激光功率为10 W,过氧化氢的体积分数为1.5%,处理时间为2 min时,KGM的降解效果较佳,黏度由7.2 Pa·s降至3.17 Pa·s;在该降解条件下得到的KGM降解产物的储能模量与损耗模量的交汇点后移,分子间的缠结减弱,分子质量减小;DSC热吸收峰对应的温度由301 ℃升为326 ℃,热稳定性升高;降解前后KGM的红外光谱无明显变化,特征官能团保持不变。本研究可为KGM的有效降解提供一种新思路。
激光光学 协同降解 激光降解 魔芋葡甘聚糖 过氧化氢 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051407
