[发明专利]磁性γ-Fe2O3纳米粒子模拟酶应用于生物检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性γ-Fe₂O₃纳米粒子模拟酶，并提供了其应用于生物检测的方法，属于纳米材料及生物医学纳米技术领域。

背景技术

磁性氧化铁纳米粒子(Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃)因其丰富的磁学特性和良好的生物相容性，在磁共振成像对比剂、磁靶向药物载体、细胞与生物分子分离、生物传感与检测以及磁感应肿瘤热疗等生物医学领域有广泛的应用。另外，在工业废水处理方面，磁性氧化铁纳米粒子因具有较高的有机物羟基化的活性而用于苯酚等有毒物质的清除(苯酚等有机物羟基化后毒性降低)。近年来，中国科学院的研究者们还发现了四氧化三铁(Fe₃O₄)磁性纳米粒子具有内在的模拟酶活性，可用于替代过氧化物酶进行免疫检测，这在医学、生物技术及环境化学等领域有着深远的应用价值。

针对模拟酶方面，早在19世纪，法国科学家Fenton就采用Fe²⁺活化H₂O₂氧化酒石酸，被认为是最先对过氧化物酶催化中心金属离子的化学催化模拟，其基本反应式为：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^-，k₁＝76(mol/L)^-1s^-1(a)

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+·OOH+H⁺，k₂＝0.002(mol/L)^-1s^-1(b)

由k₁和k₂来看，Fe³⁺/Fe²⁺的催化反应式(b)是催化反应循环的瓶颈，限制了Fenton试剂在酶模拟作用中的研究应用。其它物质如金属卟啉、金属酞菁、卟啉、联吡啶、血红素、血红蛋白、细胞色素C、细胞色素P450、漆酶、叶绿素、氯化血红素(hemin)、高铁血红素(hematin)等等在模拟酶方面也都有所研究。

过氧化物酶是广泛存在于生物体内的一类氧化还原酶，通过其内部的变价铁元素以及外部结构能催化H₂O₂氧化氢供体底物。在生命活动过程中，过氧化物酶主要是催化生物体内的氧化物或过氧化物氧化分解其它毒素。目前广泛应用于生物检测的过氧化物酶是从天然植物中提取的辣根过氧化物酶(horseradi shperoxidase，HRP)。但是HRP价格昂贵，且保存及实验条件苛刻，容易失活，在酶联免疫分析上因分子较大而不利于抗原抗体结合，并且标记过程复杂。因此，寻找能够替代HRP的模拟酶是酶催化反应的热点。

在众多酶模拟物中，Fe₃O₄磁性纳米粒子已经被发现不仅能像Fenton试剂一样表现出一定的酶活性，而且比酶稳定、制备方法简单、成本低，易于大规模制备，它还兼具有磁性等其他多功能特性，因此更具研究意义和广泛的应用价值。除了Fe₃O₄磁性纳米粒子外，γ-Fe₂O₃是另外一种磁性较强的氧化铁纳米粒子，其可由Fe₃O₄纳米粒子直接氧化而来，易于批量制备和保存，由于γ-Fe₂O₃磁性纳米粒子中只含有三价铁，因此相对于Fe₃O₄纳米粒子来说不易被氧化，具有稳定的磁学和化学稳定性。但由于γ-Fe₂O₃磁性纳米粒子中缺乏二价铁，其本身类酶活性大大降低，从而严重限制了其作为模拟酶的应用。本发明的最大创新即是提供了一种通过表面修饰提高γ-Fe₂O₃磁性纳米粒子类酶活性并将其应用于生物检测的方法。表面修饰的磁性γ-Fe₂O₃磁性纳米粒子同时具有优良的稳定性和类酶活性，另外表面修饰还提供了进行生物分子偶联所必须的功能基团，其应用于生物检测具有低成本、稳定和使用方便的特点，同时可结合磁特性进行功能化设计。