[發(fā)明專利]活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶的制備方法及其作為納米生物探針檢測(cè)過(guò)氧化氫的應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810945565.5
• 申請(qǐng)日: 2018-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109107596A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇莉;蔡曄茜;王亮;仉華;毛國(guó)江;董文佩;康樸華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J35/02;B01J37/08;G01N21/64;G01N21/78
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開(kāi)了一種活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶的制備方法及其作為納米生物探針檢測(cè)過(guò)氧化氫的應(yīng)用，以EDTA二鈉和活性金屬為前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)螯合制得中間體，在惰性氣氛下進(jìn)行熱聚合反應(yīng)，反應(yīng)物經(jīng)過(guò)研磨，再分散到水中超聲、過(guò)濾、干燥等步驟，最終獲得活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶。本方法操作簡(jiǎn)便，無(wú)需苛刻反應(yīng)條件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳熒光量子點(diǎn)的規(guī)模化制備與活性金屬和氮元素共同摻雜，所得到的碳點(diǎn)在水溶液中具有良好的分散性和較寬的熒光發(fā)射范圍，該納米酶作為熒光探針可以應(yīng)用于過(guò)氧化氫的檢測(cè)，并在醫(yī)學(xué)成像和其他生物分子的檢測(cè)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米酶的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶的制備方法及其作為納米生物探針檢測(cè)過(guò)氧化氫的應(yīng)用。

背景技術(shù)

納米酶是一類具有類酶催化活性的納米材料。由于天然酶對(duì)溫度、酸堿性等敏感、易失活、難提純、不易保存、成本高昂等限制，影響其在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的廣泛使用。因此，研究者一直致力于開(kāi)發(fā)能克服上述缺陷的納米酶。自Fe₃O₄磁性納米粒子被報(bào)道具有類過(guò)氧化物酶活性以來(lái)，在過(guò)去的十年里，納米酶的構(gòu)建已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。與天然酶相比，這些納米酶具有更高的穩(wěn)定性、對(duì)極端環(huán)境耐受性強(qiáng)、成本低及易于制備、存儲(chǔ)和操作等優(yōu)點(diǎn)。

相比于傳統(tǒng)的過(guò)渡金屬氧化物納米酶和貴金屬納米酶，碳納米酶表面具有大量的基團(tuán)，如羧基、羥基等含氧功能基團(tuán)而具有十分良好的水分散性。然而碳納米酶的制備常常用到水熱等方法，不利于碳納米酶的規(guī)模化生產(chǎn)和商業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)相對(duì)于過(guò)渡金屬氧化物納米酶和貴金屬納米酶，單純的碳納米酶的催化活性相對(duì)較差。異質(zhì)原子摻雜是提高碳納米酶活性的有效方法。因此，開(kāi)發(fā)一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)能夠異質(zhì)原子摻雜和規(guī)模化制備碳納米酶的制備方法具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶的制備方法，該方法以EDTA二鈉和活性金屬鹽為前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)螯合制得中間體，在惰性氣氛下進(jìn)行熱聚合反應(yīng)，反應(yīng)物經(jīng)過(guò)研磨，再分散到水中超聲、過(guò)濾、干燥等步驟，最終制得活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶，其能夠作為納米生物探針用于檢測(cè)過(guò)氧化氫。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶的制備方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：將金屬鹽和乙二胺四乙酸二鈉分別溶于去離子水中形成均一的金屬鹽溶液和乙二胺四乙酸二鈉溶液，再將金屬鹽溶液滴加到乙二胺四乙酸二鈉溶液中，然后加入醇類化合物，將所得的反應(yīng)液過(guò)濾，所得濾餅用去離子水洗去雜質(zhì)后干燥得到固體粉末，其中金屬鹽為硝酸鈷、乙酸鈷、硫酸鈷、硝酸錳、乙酸錳、硫酸錳、硝酸鈰、乙酸鈰、硫酸鈰、硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳、硝酸鐵、乙酸鐵或硫酸亞鐵，醇類化合物為甲醇或乙醇；

步驟S2：將步驟S1干燥后的固體粉末放入管式爐的石英管中，在惰性氣氛下于150-500℃熱聚合反應(yīng)0.1-10h得到棕黑色產(chǎn)品；

步驟S3：將熱聚合反應(yīng)得到棕黑色產(chǎn)品研磨后在超聲處理下分散到去離子水中，將離心后的上清棕色溶液用微孔過(guò)濾器過(guò)濾除去大顆粒物質(zhì)，再經(jīng)過(guò)透析后于40-200℃干燥1-12h得到活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶。

優(yōu)選的，步驟S1中所述乙二胺四乙酸二鈉與金屬鹽的投料摩爾比為0.001-5:1。

優(yōu)選的，步驟S3中所述離心時(shí)間為2-60min，透析時(shí)間為12-20h。

本發(fā)明所述的活性金屬和氮元素共摻雜的碳納米酶作為生物納米探針檢測(cè)過(guò)氧化氫的應(yīng)用，檢測(cè)結(jié)果不但能從反應(yīng)液顏色的變化顯現(xiàn)出來(lái)，也能通過(guò)比率熒光的變化顯現(xiàn)出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)氧化氫的多通道檢測(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、原材料廉價(jià)易得、制備工藝簡(jiǎn)單易行且成本低廉；