過氧化物納米酶的制備及其綠色催化合成水溶性導(dǎo)電聚合物的研究.pdf

1、癌癥的光熱療法是利用光熱治療劑在光照下升溫而殺死癌細(xì)胞的方法。目前，常用的光熱治療劑主要有貴金屬納米顆粒、碳基材料及半導(dǎo)體納米粒子。然而，貴金屬由于存在熔融效應(yīng)，光熱穩(wěn)定性較差，不能長時(shí)間照射，且價(jià)格昂貴;上述材料均為無機(jī)材料，無法在人體內(nèi)降解，且排出困難，易對(duì)人體產(chǎn)生長期危害。
　　導(dǎo)電高分子毒性低、價(jià)格低廉且在近紅外區(qū)有強(qiáng)吸收，作為光熱治療劑使用具有先天的優(yōu)勢。導(dǎo)電高分子傳統(tǒng)的合成方法主要有化學(xué)氧化法和電化學(xué)法，這兩種方法均需

2、要強(qiáng)氧化劑而造成產(chǎn)物污染，且所合成產(chǎn)物不溶不熔，加工性能差。因此迫切需要一種綠色合成水溶性導(dǎo)電高分子的方法。酶催化以其高效、高選擇性、反應(yīng)條件溫和而著稱。酶催化合成具有諸多優(yōu)勢。首先，其使用的氧化劑為環(huán)境友好型的氧化劑，例如H2O2和氧氣，副產(chǎn)物只有水，而傳統(tǒng)合成方法所使用的過硫酸鹽不僅污染環(huán)境而且會(huì)產(chǎn)生大量副產(chǎn)物。其次，酶催化合成的導(dǎo)電聚合物多為水溶性的，相對(duì)于傳統(tǒng)方法所制備的不溶不熔產(chǎn)物，具有更好的可加工性能。但是，天然酶的催化能力

3、受環(huán)境因素影響較大，制備、提純、儲(chǔ)存困難。為了克服上述缺點(diǎn)，模擬酶應(yīng)運(yùn)而生，但傳統(tǒng)的模擬酶依然為有機(jī)物，其提純、合成較為復(fù)雜，對(duì)環(huán)境因素依然敏感。納米材料模擬酶（簡稱納米酶）的出現(xiàn)為模擬酶的發(fā)展提供了新的思路，納米酶活性穩(wěn)定，合成、提純、保存工藝簡單，且價(jià)格低廉。
　　目前，納米酶的種類仍然較少，且運(yùn)用納米酶催化合成水溶性導(dǎo)電高分子的研究鮮有報(bào)道。本文致力于制備新型納米酶，并以其為催化劑，綠色催化合成水溶性導(dǎo)電聚合物，并探討所制備

4、導(dǎo)電聚合物在癌癥光熱治療方面的應(yīng)用。本文采用溶劑熱法制備黑色硒單質(zhì)(Se)、磷酸鐵(FePOs)和磷酸鎳(NiPOs)過氧化物納米酶，并對(duì)它們的過氧化物酶模擬活性做了研究和探討，利用其過氧化物模擬酶的催化活性實(shí)現(xiàn)水溶性導(dǎo)電聚合物的綠色合成，并將所制備的導(dǎo)電聚合物應(yīng)用于癌癥的光熱治療。主要包括三個(gè)體系:(1)黑色硒單質(zhì)(Se)過氧化物納米酶的制備及其綠色催化合成水溶性導(dǎo)電聚吡咯的研究;(2)磷酸鐵(FePOs)過氧化物納米酶的制備及其綠色

5、催化合成水溶性導(dǎo)電聚苯胺的研究;(3)磷酸鎳(NiPOs)過氧化物納米酶的制備及其綠色催化合成水溶性導(dǎo)電聚噻吩的研究。本文為豐富納米材料模擬酶的種類，及其在導(dǎo)電聚合物的仿酶綠色合成領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了一些新的思路。全文的主要結(jié)論包括如下三個(gè)方面:
　　1.以丙三醇和水作為混合溶劑，濃硫酸和SeO2為反應(yīng)物，采用溶劑熱法制備了黑色硒單質(zhì)。所制備的產(chǎn)物為粒徑為1-10μm的球型顆粒。該物質(zhì)能夠催化四甲基聯(lián)苯胺(TMB)與H2O2之間的氧

6、化還原反應(yīng)，證明其具備過氧化酶模擬活性。pH對(duì)Se的過氧化物酶模擬活性影響很大，pH值在3-6時(shí)其催化活性較高，且在pH值為4.5時(shí)，活性達(dá)到最高;當(dāng)pH≤2或者pH≥7時(shí)，其催化活性受到明顯的抑制，不利于其過氧化物酶模擬活性的發(fā)揮。在20-70℃的溫度區(qū)間，Se催化活性隨溫度的升高而升高，而大部分天然過氧化物酶在70℃時(shí)已完全失活，顯示了Se在高溫條件下優(yōu)于天然酶的催化活性。
　　鑒于Se的過氧化物酶催化活性，本文以空氣氧為氧化

7、劑、聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)為模板、以檸檬酸-磷酸氫二鈉(Na2HPO4)緩沖溶液為溶劑、Se為催化劑催化吡咯的聚合。實(shí)驗(yàn)證明Se確實(shí)能像天然過氧化物酶一樣催化合成聚吡咯的綠色合成，且所合成的聚吡咯鏈長受pH值、溫度和時(shí)間的影響。Se在pH=2.2的強(qiáng)酸性條件下依然能夠催化吡咯的聚合，而辣根過氧化物酶(HRP)在pH=4的條件下僅僅20 min活性便降低80％，因此在低pH值條件下，Se展現(xiàn)了優(yōu)于天然酶的催化活性。
　　以808n

8、m激光器為光源，研究了Se催化聚吡咯的光熱轉(zhuǎn)換性能。用808nm激光器照射超純水及不同濃度的聚吡咯溶液，聚吡咯溶液的升溫幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超純水的升溫幅度，從而證實(shí)聚吡咯確實(shí)具有光熱轉(zhuǎn)換作用，光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到28.4％，其光熱轉(zhuǎn)換效果隨著濃度及激光功率的增大而增強(qiáng)。
　　以人宮頸癌細(xì)胞（HeLa細(xì)胞）為細(xì)胞模型，采用MTT法評(píng)價(jià)了Se催化聚吡咯的細(xì)胞毒性。結(jié)果表明，當(dāng)聚吡咯濃度為0.875mg/mL時(shí)，與之共培養(yǎng)的HeLa細(xì)胞相對(duì)增值率

9、依然在80％以上，聚吡咯顯示了極低的細(xì)胞毒性。
　　Se催化合成聚吡咯所具備的突出的光熱轉(zhuǎn)換能力、良好的水溶性、極低的細(xì)胞毒性及在各種生理溶液中的穩(wěn)定性，為聚吡咯在腫瘤光熱治療中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　以HeLa為細(xì)胞模型，研究了Se催化合成聚吡咯作為腫瘤光熱治療劑的應(yīng)用。結(jié)果表明，將細(xì)胞與濃度為0.625mg/mL的聚吡咯共培養(yǎng)18小時(shí)后，以激光功率密度為2.08W/cm2的808nm激光器照射細(xì)胞10分鐘，HeLa細(xì)胞的

10、相對(duì)增殖率下降到僅為11±4％，而相同條件下，未經(jīng)激光照射的HeLa細(xì)胞相對(duì)增殖率為96±18％。此外，用普魯士藍(lán)染色法也可以證實(shí)聚吡咯能夠通過光熱作用殺死癌細(xì)胞。
　　2.采用溶劑熱法制備了磷酸鐵(FePOs)過氧化物模擬酶，而后以FePOs為催化劑、H2O2為氧化劑、PSS為模板催化合成了水溶性導(dǎo)電聚苯胺。
　　結(jié)果顯示，F(xiàn)ePOs確實(shí)能夠像天然過氧化物酶一樣催化苯胺的聚合，且所合成的聚苯胺鏈長受pH值、溫度、時(shí)間及氧化

11、劑用量的影響。當(dāng)pH值為1.5時(shí)，依然能夠催化合成導(dǎo)電狀態(tài)的綠色聚苯胺，而辣根過氧化物酶(HRP)在pH=4的條件下僅僅20min活性便降低80％，因此在低pH值條件下，F(xiàn)ePOs展現(xiàn)了優(yōu)于天然酶的催化活性。通過改變pH值、溫度及雙氧水與苯胺單體摩爾比(H2O2∶aniline)等反應(yīng)條件，探討其對(duì)所合成的聚苯胺導(dǎo)電率的影響。結(jié)果顯示當(dāng)pH值為2.2、溫度為20℃、H2O2∶aniline=1時(shí)，所獲得的聚苯胺導(dǎo)電率最高，達(dá)2.576×

12、10-3S/cm。
　　以808nm激光器為光源，研究了FePOs催化聚苯胺的光熱轉(zhuǎn)換性能。以808nm激光器照射超純水及不同濃度的聚苯胺溶液，聚苯胺溶液的升溫幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超純水的升溫幅度，從而證實(shí)聚苯胺確實(shí)具有光熱轉(zhuǎn)換作用，光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到39.6％，其光熱轉(zhuǎn)換效果隨著濃度及激光功率的增大而增強(qiáng)。
　　以HeLa為細(xì)胞模型，研究了FePOs催化聚苯胺作為腫瘤光熱治療劑的應(yīng)用。結(jié)果表明，將細(xì)胞與濃度為0.4mg/mL的聚苯胺

13、共培養(yǎng)24小時(shí)后，以激光功率密度為1.39W/cm2的808nm激光器照射細(xì)胞10分鐘，并用普魯士藍(lán)染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，和聚苯胺共培養(yǎng)的HeLa細(xì)胞大面積死亡，而相同條件下，未和聚苯胺共培養(yǎng)的HeLa細(xì)胞僅出現(xiàn)少量死亡。
　　3.采用溶劑熱法制備了具有光催化能力的磷酸鎳(NiPOs)過氧化物模擬酶，并發(fā)現(xiàn)該模擬酶在日光照射條件下具備模擬酶催化活性。而后以NiPOs為催化劑、H2O2為氧化劑、PSS為模板，在日光照射下催化合成了水溶性導(dǎo)

14、電聚噻吩(PEDOT)，并探討了煅燒溫度對(duì)NiPOs光催化性能的影響。
　　結(jié)果顯示，日光照射條件下NiPOs確實(shí)能夠如天然過氧化物酶一般催化噻吩的聚合，并且所合成的聚噻吩具有良好的水溶性及穩(wěn)定性。通過改變pH值、溫度及雙氧水與噻吩單體摩爾比(H2O2∶EDOT)等反應(yīng)條件，得出最佳反應(yīng)條件為pH1.5、溫度為60℃、H2O2∶EDOT=1。
　　以HeLa細(xì)胞為模型，研究了聚噻吩的光熱作用。以808nm激光器照射超純水及不