|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
(Электро)каталитические свойства железосодержащих нанозимов с пероксидазной активностьюкурсовая работа (Бакалавр)
- Научные руководители: Комкова Мария Андреевна, Шнейдерман Александра Анатольевна
- Автор: Повага Елена Сергеевна
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Кафедра: Факультет наук о материалах
- Год защиты: 2024
- Курс: 1
- Аннотация: Фермент пероксидаза, катализирующий реакцию восстановления H2O2, является наиболее распространённым биокатализатором, однако низкая стабильность фермента ограничивает его практическое применение, что делает востребованной разработку искусственных ферментов «нанозимов» - наночастиц (НЧ) с ферментной активностью. Наибольший интерес среди ее миметиков представляют нанозимы на основе соединений железа. Целью данной работы является исследование и анализ каталитических и электрохимических свойств для нанозимов на основе различных железосодержащих наноструктур (БЛ, Fe3O4, LiFePO4) с учетом собственной электроактивности и редокс-потенциала субстрата. Показано, что редокс-переходы исследованных нанозимов соответствуют положению потенциала полуволны электрокаталитического восстановления Н2О2 на их поверхности. Это указывает на то, что перечисленные материалы являются редокс-катализаторами, а протекание реакции восстановления Н2О2 определяется термодинамикой их редокс-превращений. Исследована кинетика реакции восстановления пероксида водорода, катализируемой нанозимами в присутствии трёх субстратов, с различной восстановительной способностью (пирокатехина, желтой кровяной соли (ЖКС), о-фенилендиамина). Скорость реакции определяли спектрофотометрически по накоплению окрашенной окисленной формы субстрата. Было показано, что зависимости начальной скорости реакции от концентрации восстанавливающего субстрата - гиперболическая, а зависимость начальной скорости от концентрации нанозима – линейна и выходит из начала координат. Поэтому справедливо использовать уравнение Михаэлиса-Ментен, из которого были определены каталитические константы скорости реакции (kкат) для различных концентраций пероксида водорода. Показано, что уменьшение редокс-потенциала материала нанозима на 70 мВ приводит к падению kкат на 3 порядка величины. С другой стороны, для одного и того же материала нанозима увеличение редокс-потенциала субстрата на 150 мВ приводит к уменьшению kкат почти на порядок величины. В сравнении с другими исследованными железосодержащими нанозимами самую высокую каталитическую активность демонстрируют наночастицы БЛ (kкат ≈10-1 с-1) в присутствии ЖКС. Были получены значения электрохимической константы скорости гетерогенной реакции (kэл), для электродов, модифицированных путем адсорбции наночастиц БЛ с размерами 30 и 300 нм на их поверхности. Показано, что с увеличением концентрации электроактивной БЛ значение kэл увеличивается за счёт большего числа доступных активных центров, достигая предельных значений с поверхностной концентрации 15 нмоль/см2. Предельная константа для покрытий на основе НЧ БЛ 30 нм kэл = 2,4·10-2 см/с в ⁓6 раз больше таковой для покрытий на основе НЧ БЛ 300 нм kэл = 4,1∙10-3 см/с. Достигнутые значения на порядки величины выше, чем для других наноструктур и природного фермента пероксидазы (kэл(Pt) = 6·10-6 см/с, kэл(Fe3O4) = 6·10-4 см/с, kэл(пероксидаза) = 1·10-1 см/с). Высокая электрокаталитическая активность нанозимов на основе БЛ отражается в высокой чувствительности сенсоров на их основе. Для электродов, модифицированных эквивалентными количествами электроактивного вещества коэффициенты чувствительности для электродов на основе БЛ на порядки выше, чем таковые для Fe3O4, LiFePO4.
- Добавил в систему: Комкова Мария Андреевна