介孔有机硅中空纳米球固定尿酸酶用于尿酸检测

doi:10.7503/cjcu20240346

摘要/Abstract

摘要：

采用一步生长诱导腐蚀法合成了介孔有机硅中空纳米球(MONs), 并用其固定尿酸酶(Uricase), 形成了介孔有机硅中空纳米球固定化的尿酸酶(MONs-uricase). 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、氮气吸附-脱附测试和热重分析对MONs和MONs-uricase进行了表征. 结果显示, 尿酸酶被固定于MONs的介孔结构中, 固定率超过90%. MONs具有介孔通道和空心结构, 吸附性能良好. MONs-uricase的热稳定性和pH稳定性均比游离尿酸酶高. 在血清尿酸(UA)检测中, 在0.01~1.00 mg/mL范围内MONs-uricase的吸光度与浓度具有良好的线性关系, 且特异性良好. MONs-uricase可通过离心回收, 在重复使用20次后仍具有约50%的活性, 具有良好的可重复利用性. MONs在生物酶的固定化和循环利用方面有较好的应用前景.

关键词: 介孔有机硅中空纳米球, 尿酸酶固定, 尿酸检测

Abstract:

Mesoporous organosilicon hollow nanospheres（MONs） were synthesized through a one-step growth- induced etching method， and then uricase was successfully immobilized onto MONs， forming MONs-uircase. Comprehensive characterizations of MONs and MONs-uricase were performed using scanning electron microscopy （SEM）， transmission electron microscopy（TEM）， infrared spectroscopy， N₂ adsorption-desorption measurements， and thermogravimetric analysis（TGA）. The results indicated that uricase was successfully immobilized within the mesoporous structure of MONs， with an immobilization efficiency exceeding 90%. MONs possessed excellent adsorption properties due to their mesoporous channels and hollow structures. Compared to free uricase， MONs-uricase exhibited enhanced thermal and pH stability. In the detection of serum uric acid（UA）， MONs-uricase demonstrated a good linear relationship within the UA concentration range of 0.01—1.00 mg/mL， along with high specificity. MONs-uricase could be readily recovered through centrifugation， and the recovered MONs-uricase maintained high enzymatic activity after multiple cycles of use， retaining 50% enzymatic activity even after 20 cycles， indicating its excellent reusability. MONs offered promising application prospects in the immobilization and recycling of biological enzymes.

Key words: Mesoporous organosilicon hollow nanospheres, Immobilization of uricase, Determination of uric acid

中图分类号:

O613

TrendMD:

纪赫鸣, 张宇航, 苗婷婷, 王怡倩, 于笑蕊, 王春艳, 王润伟. 介孔有机硅中空纳米球固定尿酸酶用于尿酸检测. 高等学校化学学报, 2024, 45(12): 20240346.

JI Heming, ZHANG Yuhang, MIAO Tingting, WANG Yiqian, YU Xiaorui, WANG Chunyan, WANG Runwei. Mesoporous Organosilicon Hollow Nanospheres Immobilized Uricase for the Determination of Uric Acid. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(12): 20240346.

图/表 10

Table 1 Serum uric acid detection program

Sample	Serum sample	UA standard solution	MONs⁃uricase	MONs	Glycine buffer	Deionized water
Test	0.4 mL	0.1 mL	3.0 mg	0 mg	2.0 mL	0.5 mL
Control	0.4 mL	0 mL	3.0 mg	0 mg	2.1 mL	0.5 mL
Standard	0 mL	0.1 mL	3.0 mg	0 mg	2.4 mL	0.5 mL
Blank	0 mL	0 mL	0 mg	3.0 mg	2.5 mL	0.5 mL

Fig.1 SEM image of monodisperse silica nanospheres(A), TEM images of MONs(B, C) and MONs⁃uricase(D)

Fig.2 N2 adsorption⁃desorption isotherms of MONs and MONs⁃uricase(A), BJH curves of MONs(B) and MONs⁃uricase(C)

Fig.3 TGA curves of MONs⁃uricase and MONs(A) and FTIR spectra of uricase, MONs and MONs⁃uricase(B)

Fig.4 Optimization of the immobilization time(A) and the amount of uricase(B)

Fig.5 Optimization of temperature(A) and pH value(B) of uricase and MONs⁃uricase

Fig.6 Thermal stabilities(A) and pH stabilities(B) of uricase and MONs⁃uricase

Fig.7 Optimization of MONs⁃uricase quantity(A) and reaction time(B) for uric acid detection

Fig.8 Linear equation for uric acid determination(A) and relative activity of MONs⁃uricase after repeated use(B)

Fig.9 Linear equation for determination of serum uric acid(A) and relative activity after reusing of MONs⁃uricase(B)

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