比色传感具有成本低、实用性和简单的特点,其已经有着广泛的实际应用。由于颜色的变化可以通过肉眼区分开来,因此,比色传感不需要昂贵或者复杂的仪器,其可以应用于现场分析和即时检测诊断。比色传感最关键性的挑战是将检测物质转变成明显的颜色变化。由于天然酶具有高效的催化活性、对底物专一、以及其催化氧化显色底物的反应条件简单,因此,建立基于天然酶催化氧化显色底物的比色传感体系是非常好的选择。但是,由于天然酶大多数属于蛋白质,其本身具有一些缺点:比如在过热、过碱或过酸等苛刻条件下,其结构容易变化,导致失去催化活性。因为天然酶存在于生物体内的含量低,难以提取和纯化,且成本高,操作复杂。这些缺点限制了基于天然酶的比色传感体系的实际应用。为了提高酶的稳定性以及降低成本,近年来,研究者们一直致力于构建基于纳米材料模拟天然酶(简称纳米酶)的比色传感体系。与天然酶相比,这些纳米酶具有一些优点,比如低成本,容易制备和纯化,稳定性好。但是,已发展的纳米酶的材料种类和用于比色传感方面还是很有限的。因此,开发具有高催化活性的纳米酶,并将其应用于比色传感检测具有重要的意义。本论文中,我们设计合成的具有氧化或辣根过氧化物酶活性的纳米酶。同时,构建了基于该纳米酶的比色传感体系,并将其应用于一些小分子物质的检测。主要内容包括:1.我们通过氧化还原的方法合成了MnO2纳米酶,并且证明了其具有氧化模拟酶活性。其可以直接催化氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)产生蓝色阳离子自由基,且不需要加入氧化剂。谷胱甘肽(GSH)能够成功地阻碍阳离子自由基的产生以及把它们恢复为原来无色的TMB分子。由于Hg2+和巯基化合物之间存在很强的亲和力,当GSH存在的时候,GSH会与Hg2+结合,MnO2能够催化氧化TMB使溶液显蓝色。基于以上的实验现象,我们开发了一个简单、快速的比色路径用于传感检测Hg2+。实验结果表明,Hg2+的浓度从0.1至8.0μmol/L(R2=0.996)成良好的线性,检测限为0.08 μmol/L。2.我们通过简单的溶剂热法制备了 CoS,首次证明了其具有内在的辣根过氧化物类酶活性。当H2O2存在时,CoS能够催化氧化辣根过氧化物酶底物TMB致使溶液变蓝,这个原理可以用于H2O2的检测。另外我们也对CoS的催化机理进行了研究。在最佳的实验条件下,H2O2的浓度从0.05至0.8 mmol/L(R2=0.9965)成良好的线性。此外,利用GSH的还原性以及Hg2+与巯基化合物之间存在强的亲和力,设计了一种“开关”型比色传感体系用于Hg2+的检测。这个比色分析平台在0.25至3 μmol/L(R2=0.9965)之间存在良好的线性关系,检测限为0.1 μmol/L。3.采用简单的水热法制备了 CeVO4。首次证明CeVO4具有辣根过氧化物模拟酶和氧化模拟酶活性,并对其双模拟酶活性的催化机理和稳态动力学进行了详细的研究。有趣的是,通过观察溶液颜色的变化,我们发现对苯二酚(H2Q)能够抑制CeVO4催化氧化TMB。但是,间苯二酚(RC)和邻苯二酚(CC)没有出现上述现象。基于以上的发现,我们发展了一个比色平台用于检测苯二酚中的H2Q。在最佳的实验条件下,H2Q的浓度从0.05至8 μmol/L与吸光度之间存在良好的线性关系,检测限为0.04 μmol/L。此外,这个比色平台对H2Q的检测具有良好的选择性。4.我们通过简单的水热法合成了双金属金属-有机框架MOF(Co/2Fe),并且首次证明其具有类似辣根过氧化物和氧化酶活性。MOF(Co/2Fe)作为双模拟酶,不仅具有成本低、稳定性好、制备容易等优点,而且遵循米氏行为。此外,我们也对双模拟酶的催化机理和稳态动力学进行了详细的研究。基于MOF(Co/2Fe)的模拟辣根过氧化物酶活性,发展了 一种简单的比色方法用于H2O2的检测。在最佳的实验条件下,在浓度范围10到100μmol/L之间,获得了良好的线性关系,检测限为5 μmol/L.