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一種模擬酶、其制備方法、使用方法和用圖

文檔序號:8439201閱讀:1334來源:國知局
一種模擬酶、其制備方法、使用方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米技術(shù)和酶催化領(lǐng)域,涉及一種模擬酶、其制備方法、使用方法和用途,具體涉及一種同時具有三種模擬酶活性(氧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶)的模擬酶、其制備方法、使用方法和用途;所述模擬酶為一種單層二硫化鉬負載鉑銅合金納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]酶催化作為綠色化學的一個重要組成部分,成為現(xiàn)代生物學和化學交叉領(lǐng)域里最活躍的研宄領(lǐng)域之一。模擬酶是一類非蛋白結(jié)構(gòu)但與天然酶有相似催化活性的人工合成催化劑,其克服了天然酶穩(wěn)定性差、易變性失活、貯存困難、制備工藝復(fù)雜和價格昂貴等缺點。納米材料具有獨特的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)等物理化學性質(zhì),納米顆粒模擬酶因制備簡單、催化效率高、穩(wěn)定、經(jīng)濟、性質(zhì)穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢,在模擬酶方面顯示出極其誘人的應(yīng)用前景。
[0003]近些年來,納米四氧化三鐵、納米四氧化三鈷、納米氧化鈰、納米氧化銅、多壁碳納米管、氧化石墨烯、硫化鐵納米片、納米金、鉑納米晶等材料均被發(fā)現(xiàn)具有過氧化物模擬酶或氧化模擬酶活性,極大地擴展了相關(guān)催化反應(yīng)在天然酶不適條件下的應(yīng)用。但上述納米模擬酶多為單一組分,復(fù)合材料的納米模擬酶鮮有報道。納米顆粒因尺寸小,具有高的表面能,而容易發(fā)生團聚。表面包覆雖然能夠減弱納米顆粒的團聚趨勢,但同時也可能減少顆粒表面活性位,從而降低納米顆粒的催化活性。多功能復(fù)合材料納米模擬酶不僅可使納米材料大小可控、形貌統(tǒng)一以及呈現(xiàn)單分散狀態(tài),同時又可使其保持高催化活性。這對納米模擬酶的深入發(fā)展具有重要的理論與實際意義。
[0004]作為一類重要的二維層狀納米材料,二硫化鉬以其獨特的“三明治夾心”層狀結(jié)構(gòu)在潤滑劑、催化、能量存儲、復(fù)合材料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。二硫化鉬的Mo-S棱面多,比表面積大,反應(yīng)活性高;硫元素對金屬具有很強的粘附力,使得二硫化鉬能很好的附著在金屬表面。因此,如何開發(fā)一種顆粒大小可控,不易團聚,活性位多,催化活性高,且酶性能表現(xiàn)多樣的模擬酶是本領(lǐng)域的一個需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)模擬酶酶性能表現(xiàn)單一,納米顆粒易于團聚,而為了防止團聚對納米顆粒包覆后活性位減少,催化活性不高的不足,模擬酶合成步驟繁瑣、條件苛刻等問題,本發(fā)明的目的之一在于提供一種模擬酶,所述模擬酶同時具有氧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶的活性,有望替代相關(guān)蛋白質(zhì)酶應(yīng)用于免疫分析、生物檢測和臨床診斷等領(lǐng)域。
[0006]所述模擬酶為表面負載有鉑銅合金納米顆粒的二硫化鉬片層。
[0007]二硫化鉬比表面積大,吸附性強,很容易與修飾分子發(fā)生反應(yīng),從而可以避免因表面修飾引起的納米顆粒表面活性位的減少和催化活性的降低。另外,二硫化鉬本身也具有弱的過氧化物酶活性,因此,在納米顆粒復(fù)合材料的模擬酶中,其不僅能夠作為載體還能發(fā)揮協(xié)同催化作用。
[0008]本發(fā)明所述模擬酶中,二硫化鉬片層的原子層數(shù)為I?3層,優(yōu)選I層。
[0009]優(yōu)選地,所述二硫化鉬片層修飾有殼聚糖分子。
[0010]殼聚糖分子修飾二硫化鉬片層后,獲得的納米顆粒復(fù)合材料,具有更加優(yōu)異的水溶性、分散性和生物相容性。
[0011]本發(fā)明的目的之二是提供一種如目的之一所述的模擬酶的制備方法,所述方法為:將分散有二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽的水溶液進行還原反應(yīng),獲得基于表面負載有鉑銅合金納米顆粒的二硫化鉬片層的模擬酶。
[0012]本發(fā)明所述模擬酶是通過在水相體系中一鍋法在單層二硫化鉬表面原位負載鉑銅合金納米顆粒獲得的。本發(fā)明提供的模擬酶的制備方法工藝簡單,制備得到的復(fù)合材料(基于負載有鉑銅合金納米顆粒的二硫化鉬片層)易修飾,且催化活性高。
[0013]優(yōu)選地,所述二硫化鉬片層通過超聲處理分散在水溶液中的粉狀二硫化鉬獲得。
[0014]所述粉狀二硫化鉬可以通過市售獲得。
[0015]優(yōu)選地,所述超聲功率為250?300W,超聲時間為0.5?1.5h ;進一步優(yōu)選地,所述超聲功率為275W,超聲時間為Ih
[0016]優(yōu)選地,在所述超聲過程中加入殼聚糖,獲得殼聚糖修飾的二硫化鉬片層分散水溶液。
[0017]優(yōu)選的,所述殼聚糖的加入濃度為0.01?0.lwt%,優(yōu)選0.05wt%。
[0018]殼聚糖分子對二硫化鉬片層的修飾能夠提高二硫化鉬片層的水溶性、分散性和生物相容性。
[0019]本發(fā)明所述模擬酶的制備方法中,所述分散有二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽的水溶液中,二硫化鉬的濃度為 0.24 ?24mg/L,例如 0.3mg/L、0.5mg/L、0.9mg/L、3mg/L、7mg/L、16mg/L、18mg/L、21mg/L、23mg/L 等。
[0020]優(yōu)選地,所述鉑鹽為氯鉑酸和/或乙酰丙酮鉑。
[0021]優(yōu)選地,以鉑元素計,所述分散有二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽的水溶液中,鉑鹽的濃度為 0.02 ?0.Smmol/I,,例如 0.03mg/L、0.05mg/L、0.09mg/L、0.12mg/L、0.18mg/L、0.22mg/L、0.28mg/L、0.33mg/L、0.35mg/L、0.42mg/L、0.47mg/L 等。
[0022]優(yōu)選地,所述銅鹽為氯化銅、硝酸銅、或乙酰丙酮銅中的任意I種或至少2種的組合;所述組合典型但非限定的包括醋酸銅和乙酰丙酮銅的組合,硝酸銅和氯化銅的組合,氯化銅、硝酸銅和醋酸銅的組合等。
[0023]優(yōu)選地,以銅元素計,所述分散有二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽的水溶液中,銅鹽的濃度為 0.02 ?0.Smmol/I,,例如 0.03mg/L、0.05mg/L、0.09mg/L、0.12mg/L、0.18mg/L、0.22mg/L、0.28mg/L、0.33mg/L、0.35mg/L、0.42mg/L、0.47mg/L 等。
[0024]本發(fā)明所述還原反應(yīng)的還原劑為硼氫化鈉;所述硼氫化鈉以硼氫化鈉水溶液的形式加入;所述硼氫化鈉水溶液的濃度優(yōu)選3?15mmol/L,例如4mg/L、6mg/L、9mg/L、llmg/L、13mg/L、14mg/L 等。
[0025]優(yōu)選地,所述分散有二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽的水溶液中,硼氫化鈉水溶液的添加量為lmL。
[0026]優(yōu)選地,所述硼氫化鈉水溶液的加入方式為逐滴加入,所述逐滴加入的滴加速度為 30 ?60 μ L/min,例如 35 μ L/min、38 μ L/min、42 μ L/min、44 μ L/min、47 μ L/min、53 μ L/min、55 μ L/min、59 μ L/min 等。
[0027]優(yōu)選地,所述還原反應(yīng)的溫度為0°C ;時間為I?3h,例如1.2h、l.7h、2h、2.2h、2.7h、2.9h 等。
[0028]優(yōu)選地,本發(fā)明所述模擬酶的制備方法包括如下步驟:
[0029](I)將二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽分散于水中,攪拌均勻,置于冰浴中冷卻,獲得分散有二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽的水溶液;
[0030](2)向步驟⑴獲得的分散有二硫化鉬片層、鉑鹽和銅鹽的水溶液中逐滴加入濃度為3?15mmol/L的硼氫化鈉溶液,攪拌并繼續(xù)置于冰浴中進行還原反應(yīng);
[0031](3)反應(yīng)結(jié)束后,分離、洗滌沉淀,即得到表面負載有鉑銅合金納米顆粒的二硫化鉬片層納米復(fù)合材料。
[0032]優(yōu)選地,所述洗滌的洗滌溶劑為水和/或乙醇。
[0033]本發(fā)明的目的之三是提供一種如目的之一所述模擬酶的使用方法,所述模擬酶用作模擬氧化酶、模擬過氧化物酶或模擬過氧化氫酶中的任意I種。
[0034]優(yōu)選地,當用作模擬氧化酶時,能夠催化氧化3,3’,5,5’-四甲基聯(lián)苯胺、2,2’-聯(lián)氮基-雙- (3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二氨鹽或鄰苯二胺,使顯色底物顯色;
[0035]優(yōu)選地,當用作模擬過氧化物酶時,能夠催化過氧化氫氧化3,3’,5,5’ -四甲基聯(lián)苯胺、2,2’ -聯(lián)氮基-雙-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二氨鹽或鄰苯二胺,使顯色底物顯色;
[0036]優(yōu)選地,當用作過氧化氫酶時,能夠使過氧化氫分解生成水和氧氣。
[0037]作為優(yōu)選,所述模擬酶的使用方法包括如下步驟:
[0038]將目的之一所述的模擬酶加入含有顯色底物的緩沖溶液中,進行顯色底物的氧化反應(yīng),或者催化過氧化氫進行催化底物的氧化反應(yīng),或者催化過氧化氫進行分解反應(yīng);
[0039]優(yōu)選地,所述緩沖溶液的pH值為2.5?5.5 ;
[0040]優(yōu)選地,所述顯色底物的氧化反應(yīng),或者催化過氧化氫進行催化底物的氧化反應(yīng),或者催化過氧化氫進行分解反應(yīng)過程中的反應(yīng)溫度為30?60°C。
[0041]本發(fā)明的目的之四是提供一種目的之一所述模擬酶的用途,所述模擬酶用于催化氧化、化學分析、免疫分析、生
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