[發明專利]一種單原子納米酶及其比色傳感器陣列的制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211646023.0
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115970727A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 沈艷飛;朱彩霞;張袁健
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B82Y40/00;B82Y30/00;G01N21/78;G01N21/33
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孫斌

本發明公開了一種單原子納米酶及其比色傳感器陣列的制備方法和應用，先利用類化學氣相沉積法制成具有類氧化物酶活性的管狀單原子納米酶，為了消除不同的反應之間的干擾，將單原子納米酶涂抹到微流控芯片的孔道內制成傳感器陣列。本發明利用單原子納米酶優異的類氧化物酶活性，制得的單原子納米酶具有獨特的空心管狀結構，使其在傳感器中固定后仍能保持優異的酶活性。在檢測時本發明具有類氧化物酶活性的單原子納米酶會氧化不同的顯色劑，氧化產物又由于與各種還原性生物小分子反應，導致最終吸光度的不同，以此進行各種還原性小分子的線性和選擇性檢測，可以有效解決現有技術中還原性生物小分子的檢測選擇性差，操作復雜和價格昂貴等問題。

技術領域

本發明屬于比色傳感領域，具體涉及一種單原子納米酶及其比色傳感器陣列的制備方法和應用。

背景技術

生物分子在維持人類正常活動和抵抗疾病方面發揮著重要作用，尤其是一些還原性很強的生物小分子，如抗壞血酸、多巴胺、腎上腺素和谷胱甘肽等。它們在維持人類健康方面發揮著重要作用。因此，方便、快速地檢測這些生物分子對監測人類健康至關重要。目前，各種抗氧化劑的檢測方法已經發展起來，包括電化學、色譜法等。然而，昂貴而復雜的儀器要求和幾乎相同的氧化電位，限制了它們的方便靈敏的檢測。因此，在不使用復雜儀器的情況下對這些抗氧化劑進行選擇性檢測仍然具有挑戰性。

比色法由于成本低、簡單、實用，是一種更理想的檢測方法。傳統的比色傳感器一般使用的是天然酶，雖然天然酶具有高的催化活性和優異的特異性，但是由于其價格昂貴易失活等缺點，并不適用于大規模或者批量生產。由于成本低、易于獲得、抗生物降解和抗變性的優點，具有類酶活性的納米材料(稱為納米酶)在生物傳感器、免疫檢測和癌癥治療等廣泛領域受到越來越多的關注。最近出現的單原子納米酶為在原子水平上模擬天然酶的高活性提供了機會。因此，納米酶基傳感器已經成為一種重要的比色工具。但是納米酶因為缺乏對目標離子的高度特異性使得其特異性差，限制了其在傳感領域的應用。所以，尋求簡便、經濟、多樣的傳感方法是大規模識別生物流體中小分子的迫切需求。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，本發明提供一種單原子納米酶及其比色傳感器陣列的制備方法，本發明制備的單原子納米酶具有優異的氧化酶活性，在微流控芯片內具有更好的和穩定的催化性能；基于單原子納米酶的傳感器陣列可以有效解決現有技術中生物小分子的檢測選擇性差，操作復雜和價格昂貴等問題。

本發明提供一種單原子納米酶及其比色傳感器陣列在檢測生物小分子中的應用。

技術方案：為了實現上述目的，本發明所述一種單原子納米酶的的制備方法，包括如下步驟：

(1)離子液體的制備：將1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽和金屬氯化物按比例混合于有機溶劑中后，攪拌反應，反應結束經過濾、旋蒸后，洗滌真空干燥后得到離子液體；

(2)單原子納米酶的制備：離子液體在惰性氣體下煅燒得到催化劑前軀體，以煅燒得到催化劑前軀體或者以金屬的氧/氯化物為催化劑前軀體與氮碳源前驅體升溫煅燒，自然冷卻后，收集上層黑色物質，洗滌后后真空干燥，得到的顆粒收集備用即為單原子納米酶(M-N-CNTs)。

其中，步驟(1)所述離子液體所用原料1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽與金屬氯化物的摩爾比為2:1-1:2，所述攪拌時間為5-10h；所述有機溶劑包括乙醇、甲醇、異丙醇、聚乙二醇中的任意一種。

其中，步驟(2)所述金屬的氧/氯化物包括氯化鈷、四氧化三鈷納米顆粒、氯化鐵、四氧化三鐵、氯化鎳中的任意一種。

作為優選，所述四氧化三鈷納米顆粒為30nm四氧化三鈷納米顆粒或者100nm四氧化三鈷納米顆粒。

其中，步驟(2)所述離子液體煅燒為1-2小時內升溫至500-900℃，并保溫1-2小時；所述類CVD法升溫煅燒為1-2小時內升溫至500-800℃，并保溫1-2小時。