CN109603858B - 一种双活性模拟酶材料及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种同时具有过氧化物模拟酶和氧化物模拟酶双活性的二硫化钴纳米材料的制备和应用。该方法属于模拟酶催化氧化技术领域。本发明通过一步水热法得到活化性能高的二硫化钴模拟酶材料。本发明制备的纳米材料具有合成方法简单、成本低、性能显著等优点，在纳米材料催化氧化领域中具有广阔的应用前景。

Description

一种双活性模拟酶材料及其制备和应用

技术领域

本发明涉及模拟酶技术，具体说是一种双活性模拟酶材料及其制备和应用。

背景技术

生物体内的活性酶具有高特异性及催化活性，广泛应用于生物传感、医疗保健、环境保护、食品工业等许多领域。但由于大多数天然酶稳定性差，易受到温度、pH值以及蛋白酶存在等不可避免的条件的影响而失活，加之其制备、提纯成本高，极大的限制了它们的应用。因此，开发出具有制备方法简单、稳定性强和成本低的模拟酶材料的研究显得极为重要。

近年来，随着研究发现，越来越多的纳米材料或纳米复合材料被查证具有模拟酶的性质，如MnOOH[1]、CuS[2]、Fe₃S₄[3]等。相比于天然酶的获取方法，一方面降低了材料成本，二是合成方法简便，单元操作易于实现。

1.Wang Y,Zhang D,Xiang ZB(2016)Synthesis and intrinsic enzyme-likeactivity ofβ-MnOOH nanoplates.J Taiwan Inst Chem Eng 59:547-552.

2.Yang ZJ,Cao Y,Li J,MM L,Jiang ZK,XY H(2016)Smart CuS nanoparticlesas peroxidase mimetics for the Desigh of Novel Label-Free ChemiluminescentImmunoassy.ACS Appl Mater Interfaces 8:12031-12038.

3.Ding CP,Yan YH,Xiang DS,Zhang CL,Xian YZ(2016)MagneticFe₃S₄nanoparticles with peroxidase-like activity,and their use in aphotometric enzymatic glucose assay.Microchim Acta 183:625-631.

发明内容

本发明的目的于提供一种双活性模拟酶材料及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双活性模拟酶纳米材料的制备方法，通过一步水热法得到化学组分为CoS₂的纳米材料。

进一步的说，将钴盐和Na₂S₂O₃·5H₂O粉末混合，溶于去离子水中，磁力搅拌混合均匀，混匀后密闭160-200℃条件下反应24-28小时，即得二硫化钴模拟酶材料；其中，钴盐中Co²⁺与Na₂S₂O₃·5H₂O按摩尔比2-1:1-3。

所述磁力搅拌20-40min混匀后置于水热反应釜中，加盖密封后置于恒温鼓风干燥箱中，于160-200℃条件下反应24-28小时，反应后反应釜自然冷却到室温，产物依次清洗、烘干。

所述钴盐为六水合氯化钴或六水合硝酸钴；

所述Co²⁺与尿素的最优摩尔比为1:1；Co²⁺与硫代乙酰胺的摩尔比为1：1。

所述产物依次用去离子水、乙醇洗涤，离心分离，干燥10-12h，得到目标材料。

一种所述制备方法所得双活性模拟酶材料，按所述方法通过一步水热法获得二硫化钴纳米材料。

双活性模拟酶材料的应用，所述二硫化钴纳米材料在氧化还原反应中的应用。

所述二硫化钴纳米材料作为模拟酶，在对底物进行催化氧化还原反应。

所述二硫化钴纳米材料作为模拟酶，在酸性条件下对底物进行催化氧化还原反应。

所述二硫化钴纳米材料作为氧化物模拟酶或过氧化物模拟酶，在酸性条件下对底物进行催化氧化还原反应。

所述底物为TMB和H₂O₂，或TMB。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

本发明通过一步水热法得到二硫化钴---过氧化物模拟酶和氧化物模拟酶双活性纳米材料。本发明所得材料成本低、制备方法简单、重复性好；其可作为一种新颖模拟酶在免疫分析、生物检测和临床诊断等领域都有潜在的应用价值。其在新型催化氧化分析中具有广阔的应用前景。

附图说明：

图1为本发明实施案例提供的纳米材料的TEM图；

图2为本发明实施案例提供的定性分析材料成分的X-射线衍射图；

图3为本发明实施例提供的纳米材料模拟氧化物酶催化、过氧化物酶催化的比色图。

具体实施方式，以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明，有助于本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1：

向烧杯中分别加入摩尔比为1:1的CoCl₂·6H₂O和Na₂S₂O₃·5H₂O，溶于去离子水中，磁力搅拌混合均匀。将上述反应液转移到100mL水热反应釜中，加盖密封后置于恒温鼓风干燥箱中，160℃条件下反应24小时。反应结束后，反应釜自然冷却到室温。产物首先经超纯水离心洗涤3次，而后再经无水乙醇离心洗涤2-4次；离心条件为4000转/min，离心10min，洗涤后60℃干燥10h，得到二硫化钴模拟酶材料。(参见图1和2)。

由图1可看出合成的二硫化钴纳米材料为具有一定几何形状的片层结构。其片层结构大大增加了催化反应的表面积，提供了更多的活性位点进行催化氧化。由图2可看出合成二硫化钴纳米材料和成分与CoS₂标准卡片(JCPDS No.41-1471)相吻合。

实施例2-5：

制备过程：

取4个烧杯，分别加入一定量的CoCl₂·6H₂O和Na₂S₂O₃·5H₂O，溶于去离子水中，磁力搅拌混合均匀。将上述反应液转移至100mL水热反应釜中，加盖密封后置于恒温鼓风干燥箱中，160℃条件下反应24小时。反应结束后，反应釜自然冷却到室温。产物依次清洗、烘干，得到二硫化钴模拟酶材料，XRD测试结果表明产物为CoS₂(参见表1)

表1

实施例	n(CoCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O):n(Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·5H<sub>2</sub>O)
		2	2:1
3	1:1
		4	1:2
5	1:3

应用例

在0.2mM H₂O₂，0.15mM TMB，0.3mg/mL纳米材料，pH为3.05的PBS缓冲液体系中测试模拟酶活性。当体系中只有过氧化氢和模拟酶材料，未加入TMB时，溶液呈无色；而当溶液中只有TMB和模拟酶材料，未添加过氧化氢时，溶液略显蓝色，说明纳米材料具有氧化酶性质；当向TMB和过氧化氢体系中加入模拟酶材料时，溶液变为更深的蓝色；说明本发明提供的纳米材料同时具有过氧化物酶和氧化物酶双活性。

Claims (8)

1.一种双活性模拟酶纳米材料的制备方法，其特征在于：通过一步水热法得到化学组分为CoS₂的片层结构的纳米材料；

将钴盐和 Na₂S₂O₃·5H₂O粉末混合，溶于去离子水中，磁力搅拌混合均匀，混匀后密闭160-200℃条件下反应24-28h，即得二硫化钴模拟酶材料；其中，钴盐中Co²⁺与Na₂S₂O₃·5H₂O按摩尔比2-1:1-3；

所述磁力搅拌20-40min混匀后置于水热反应釜中，加盖密封后置于恒温鼓风干燥箱中，于160-200℃条件下反应24-28小时，反应后反应釜自然冷却到室温，产物依次清洗、烘干。

2.按权利要求1所述双活性模拟酶纳米材料的制备方法，其特征在于：所述产物依次用去离子水、乙醇洗涤，离心分离，干燥10-12 h，得到目标材料。

3.一种权利要求1所述制备方法所得双活性模拟酶材料，其特征在于：按权利要求1所述方法通过一步水热法获得片层结构的二硫化钴纳米材料。

4.按权利要求3所述的双活性模拟酶材料的应用，其特征在于：所述片层结构二硫化钴纳米材料在氧化还原反应中的应用。

5.按权利要求4所述的双活性模拟酶材料的应用，其特征在于：所述片层结构二硫化钴纳米材料作为模拟酶，在对底物进行催化氧化还原反应。

6.按权利要求5所述的双活性模拟酶材料的应用，其特征在于：所述片层结构二硫化钴纳米材料作为模拟酶，在酸性条件下对底物进行催化氧化还原反应。

7.按权利要求6所述的双活性模拟酶材料的应用，其特征在于：所述片层结构二硫化钴纳米材料作为氧化物模拟酶或过氧化物模拟酶，在酸性条件下对底物进行催化氧化还原反应。

8.按权利要求7所述的双活性模拟酶材料的应用，其特征在于：所述底物为TMB和H₂O₂，或TMB。

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