石墨烯的制备及其类酶活性的测定及应用【字数：10801】
摘 要本论文中，首先制备了实验所需的性能稳定的石墨烯，发现这种碳质材料具有与过氧化物酶相似的催化活性。因此，以3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）和H2O2为反应底物，石墨烯作为催化剂，发现反应迅速完成后得到一种蓝色的TMB的氧化物，实验结果表明石墨烯碳质材料对TMB和H2O2的反应有显著的催化作用，并且反应机理也与米曼氏动力学理论相吻合。同时，对温度、PH等反应条件以及石墨烯、3,3’,5,5’-四甲基联苯胺和双氧水的含量分别进行了优化，最终得到石墨烯催化活性最佳时的实验条件。石墨烯显著提高了催化反应的速率，不仅能够在常温常压下使用，还能在不同的温度及酸碱度条件下使用，该特点说明石墨烯的类酶活性优于普通的生物类酶。由于三聚氰胺与H2O2反应，因此三聚氰胺的加入会抑制TMB和H2O2的反应。基于此原理可实现对三聚氰胺的紫外光谱检测。因此，此方法对三聚氰胺的检测提供了新思路。
目 录
1 绪论 1
1.1 类酶活性的简介 1
1.1.1 生物酶的简介 1
1.1.2 类酶的简介 2
1.2 石墨烯纳米材料的概述 2
1.2.1 石墨烯的发现 2
1.2.2 石墨烯的结构和特性 3
1.2.3 石墨烯的制备方法 4
1.3 三聚氰胺的介绍 4
1.4 本论文研究的内容 6
2 实验部分 8
2.1 实验试剂 8
2.2 实验仪器 8
2.3石墨烯的制备 8
2.4 PDDA功能化处理 9
2.5测定方法 9
3 结果与讨论 11
3.1 石墨烯的表征 11
3.2 石墨烯类酶活性的研究 12
3.2.1 pH对石墨烯类酶活性的影响 12
3.2.2 温度对石墨烯类酶活性的影响 14
3.2.3石墨烯浓度对催化速率的影响 15
3.2.4 以H2O2为底物时石墨烯的表观Km值 17
3.2.5 以TMB为底物时石墨烯的表观Km值 19
3.2.6 米氏常数对比 20
3.3 三聚氰胺的检测 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
1
4 结语 23
参考文献 24
致谢 25
1 绪论
1.1 类酶活性的简介
1.1.1 生物酶的简介
生物酶中大部分是由活细胞产生的具有消化作用的蛋白质，是生物体内活细胞产生的具有高效生物催化活性的大分子物质[1]。生物酶在比较温和的环境下，能够精确、准确地改变生命体的运动速率，影响生命体的生命运动。生物酶在棉织物的处理与染整工业中以及人体皮肤护理领域得到了较为广泛的应用。
酶作为蛋白质中的一类物质具有催化活性。与其他蛋白质一样，许多氨基酸链可以形成酶分子。酶分子中的氨基酸链分为三个部分，其中一部分是由螺旋状的氨基酸链组成，一部分是由折叠的薄片结构的氨基酸组成，这两部分又通过不折叠的氨基酸链连接起来，因此这种大分子呈现一个立体结构。
生物酶作为一种调节生命体细胞运动的物质，与普通催化剂共同之处，与普通催化剂同样的是酶参加生物化学反应，可以减小由反应物分子到达活化分子所需要的最小能量，从而增快新陈代谢。然而，生物酶是高效的，并且通常少量的酶可以发挥很大的作用，因此它优于普通的催化剂。
酶具有高效性和专一性，在初级科学研究、医学、药学、农学、食品等方面都发挥着重要作用。首先酶催化效果很好，其速率比没有酶参加的化学反应高108～1020倍，比一般催化反应高107～1013倍[2]。其次，酶作用有很强的专一性，细胞内含有的种类较多的酶，然而特定的酶只能催化特定的物质（底物），也就是说，酶只能催化某种化合物、化学键或某种化学反应，因此，生命体细胞运动才能有条不紊的有秩序的进行下去。
另外，酶的作用条件要求特别低，与普通的催化剂不同，酶只需要在较为温和正常环境下进行作用就能达到普通催化剂在严格环境条件下的效果。然而，正因为酶的反应条件要求比较低，酶遇到苛刻的过酸或过碱或者温度较高的条件下都可能影响蛋白质的性质。因此一个较为合适的的酸碱度、温度和其他条件对于酶发生催化作用必不可少。
目前，解释酶促反应机理的中间产物学说，其中最为合理的解释是反应物S首先与酶E的活性中心反应得到酶底物复合物[ES]（中间产物）[3]。然后[ES]分解为产物P，并释放出E。其机理表示为：
/
1.1.2 类酶的简介
由于生物酶不稳定，生物酶容易在存储和利用的过程中变性失活或者可能被相应的蛋白酶降解，并且天然的生物酶在制备和提纯过程中费时费力，成本较高，极大地限制了其在实际生产生活中的应用[4]。基于生物酶的诸多局限性，科研人员便想研究出一种代替生物酶的物质类酶。
“人工酶”是由 Ronald Breslow 为模拟酶创造的一个术语[5]，它需要设计有效的材料来根据天然酶的的基本原理取代天然酶。后来，斯洛和Tabushi 进行诸多研发性工作引起科研界的广泛关注，随后诸多科学家开展了学习工作，大部分人都集中关注于生物分子模拟天然酶的结构和功能，早期超分子催化主要是利用酶的锁钥匙的原理来设计模拟酶的[6]。
然而常规的模拟酶成本还是较为高昂的，稳定性在一定的条件下不佳，特别是想要在其表面进行修饰较为困难。于是，纳米材料模拟酶（这个术语可以用于具有类酶活性的物质）应运而生，基于其成本较低、稳定性高、表面性质容易修改等特点，纳米模拟酶也将成为天然生物酶和常规模拟酶的良好代替品。随后，研究者们发现了具有类似HRP活性的Fe3O4，引起了科研界的广泛关注。
作为新一代的模拟酶，纳米模拟酶不仅具有天然酶的性质，还具有独特性质。特别是纳米酶具有高稳定性和可调催化活性的优点，并能够避免生物酶易失活的特点，使其在催化和酶动力学领域具有广泛的应用前景[7]。纳米酶功能上可依赖于尺寸修饰和生物偶联的大比表面积，实现催化等其他功能，和对外部刺激的智能响应，应用上具有制备简单、易于保存运输、环境耐受性高等优点[8]。到目前为止，纳米模拟酶已经在生命学、化学、农学、医学、食品科学和其他学科等许多领域引起了广泛的研究兴趣。
目 录
1 绪论 1
1.1 类酶活性的简介 1
1.1.1 生物酶的简介 1
1.1.2 类酶的简介 2
1.2 石墨烯纳米材料的概述 2
1.2.1 石墨烯的发现 2
1.2.2 石墨烯的结构和特性 3
1.2.3 石墨烯的制备方法 4
1.3 三聚氰胺的介绍 4
1.4 本论文研究的内容 6
2 实验部分 8
2.1 实验试剂 8
2.2 实验仪器 8
2.3石墨烯的制备 8
2.4 PDDA功能化处理 9
2.5测定方法 9
3 结果与讨论 11
3.1 石墨烯的表征 11
3.2 石墨烯类酶活性的研究 12
3.2.1 pH对石墨烯类酶活性的影响 12
3.2.2 温度对石墨烯类酶活性的影响 14
3.2.3石墨烯浓度对催化速率的影响 15
3.2.4 以H2O2为底物时石墨烯的表观Km值 17
3.2.5 以TMB为底物时石墨烯的表观Km值 19
3.2.6 米氏常数对比 20
3.3 三聚氰胺的检测 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
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4 结语 23
参考文献 24
致谢 25
1 绪论
1.1 类酶活性的简介
1.1.1 生物酶的简介
生物酶中大部分是由活细胞产生的具有消化作用的蛋白质，是生物体内活细胞产生的具有高效生物催化活性的大分子物质[1]。生物酶在比较温和的环境下，能够精确、准确地改变生命体的运动速率，影响生命体的生命运动。生物酶在棉织物的处理与染整工业中以及人体皮肤护理领域得到了较为广泛的应用。
酶作为蛋白质中的一类物质具有催化活性。与其他蛋白质一样，许多氨基酸链可以形成酶分子。酶分子中的氨基酸链分为三个部分，其中一部分是由螺旋状的氨基酸链组成，一部分是由折叠的薄片结构的氨基酸组成，这两部分又通过不折叠的氨基酸链连接起来，因此这种大分子呈现一个立体结构。
生物酶作为一种调节生命体细胞运动的物质，与普通催化剂共同之处，与普通催化剂同样的是酶参加生物化学反应，可以减小由反应物分子到达活化分子所需要的最小能量，从而增快新陈代谢。然而，生物酶是高效的，并且通常少量的酶可以发挥很大的作用，因此它优于普通的催化剂。
酶具有高效性和专一性，在初级科学研究、医学、药学、农学、食品等方面都发挥着重要作用。首先酶催化效果很好，其速率比没有酶参加的化学反应高108～1020倍，比一般催化反应高107～1013倍[2]。其次，酶作用有很强的专一性，细胞内含有的种类较多的酶，然而特定的酶只能催化特定的物质（底物），也就是说，酶只能催化某种化合物、化学键或某种化学反应，因此，生命体细胞运动才能有条不紊的有秩序的进行下去。
另外，酶的作用条件要求特别低，与普通的催化剂不同，酶只需要在较为温和正常环境下进行作用就能达到普通催化剂在严格环境条件下的效果。然而，正因为酶的反应条件要求比较低，酶遇到苛刻的过酸或过碱或者温度较高的条件下都可能影响蛋白质的性质。因此一个较为合适的的酸碱度、温度和其他条件对于酶发生催化作用必不可少。
目前，解释酶促反应机理的中间产物学说，其中最为合理的解释是反应物S首先与酶E的活性中心反应得到酶底物复合物[ES]（中间产物）[3]。然后[ES]分解为产物P，并释放出E。其机理表示为：
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1.1.2 类酶的简介
由于生物酶不稳定，生物酶容易在存储和利用的过程中变性失活或者可能被相应的蛋白酶降解，并且天然的生物酶在制备和提纯过程中费时费力，成本较高，极大地限制了其在实际生产生活中的应用[4]。基于生物酶的诸多局限性，科研人员便想研究出一种代替生物酶的物质类酶。
“人工酶”是由 Ronald Breslow 为模拟酶创造的一个术语[5]，它需要设计有效的材料来根据天然酶的的基本原理取代天然酶。后来，斯洛和Tabushi 进行诸多研发性工作引起科研界的广泛关注，随后诸多科学家开展了学习工作，大部分人都集中关注于生物分子模拟天然酶的结构和功能，早期超分子催化主要是利用酶的锁钥匙的原理来设计模拟酶的[6]。
然而常规的模拟酶成本还是较为高昂的，稳定性在一定的条件下不佳，特别是想要在其表面进行修饰较为困难。于是，纳米材料模拟酶（这个术语可以用于具有类酶活性的物质）应运而生，基于其成本较低、稳定性高、表面性质容易修改等特点，纳米模拟酶也将成为天然生物酶和常规模拟酶的良好代替品。随后，研究者们发现了具有类似HRP活性的Fe3O4，引起了科研界的广泛关注。
作为新一代的模拟酶，纳米模拟酶不仅具有天然酶的性质，还具有独特性质。特别是纳米酶具有高稳定性和可调催化活性的优点，并能够避免生物酶易失活的特点，使其在催化和酶动力学领域具有广泛的应用前景[7]。纳米酶功能上可依赖于尺寸修饰和生物偶联的大比表面积，实现催化等其他功能，和对外部刺激的智能响应，应用上具有制备简单、易于保存运输、环境耐受性高等优点[8]。到目前为止，纳米模拟酶已经在生命学、化学、农学、医学、食品科学和其他学科等许多领域引起了广泛的研究兴趣。
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