CN103336003A - 一种以MnO2/CuO复合材料为模拟氧化酶的氧化TMB的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种以MnO₂/CuO复合材料为模拟氧化酶的氧化TMB(3，3′，5，5′-四甲基联苯)的方法，在含有TMB的溶液中加入所制的MnO₂/CuO复合材料作为催化剂，可以催化氧气氧化TMB为蓝色的物质，并在此基础上提出了一种新型的可以替代天然酶用于催化氧化TMB方法。该方法属于模拟酶催化氧化技术领域。所得MnO₂/CuO复合材料具有合成步骤易操作、成本极小、效果显著等特点，在新型催化氧化和医学免疫分析中具有广阔的应用前景。

Description

一种以MnO2/CuO复合材料为模拟氧化酶的氧化TMB的方法

技术领域

本发明提出一种以MnO₂/CuO复合材料为模拟氧化酶来替代天然酶的催化氧化TMB的方法，涉及一种新型催化材料与催化氧化方法。 

背景技术

酶存在于自然界每个有生命的动物的体内，并且在各项生理活动中发挥着重要的作用。酶能催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体，是生物催化剂.能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。几乎虽有的酶都具有以下特点： 

1，高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快； 

2，专一性：一种酶只能催化一种或一类底物，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽； 

3，多样性：酶的种类很多，大约有4000多种； 

4，温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。 

由于上述高效、反应条件温和等特点，天然酶在医药、化工、食品加工和农业中都有重大的实际应用。大多数的天然酶的本质是蛋白质，因此在外界条件(比如温度、pH值等)改变时很容易因为蛋白质的变性而失活，极易因环境影响而使活性降低，此外天然酶在生物以内含量很低，分离比较困难、成本较高。为了克服天然酶的上述缺点，研究人员一直在寻找既具有相似的催化活动又能耐环境影响的物质，称为模拟酶。 

模拟酶具有与天然酶相似的特征：可以定向的与底物结合，具有十分快的反应速率，对环境比较敏感，可以用于多种生物反应。并且这些模拟酶对反应条件的要求相对要低一些，这样对模拟酶在生物体外检测方面提供了必要的条件. 

时至今日，越来越多的人开始注意到模拟酶的应用前景，一些材料已经被证明具有模拟酶活性，但是这些模拟酶几乎都要以双氧水为氧化剂才能发生催化作用，这大大限制了这些材料潜在的应用前景。当前，以氧气为氧化剂的模拟氧化酶研究仍然很少。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的复合催化材料，并提供其作为模拟氧化酶用于催化氧气氧化TMB(3，3′，5，5′-四甲基联苯)的方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现： 

(1)MnO₂/CuO复合材料的制备：60mL0.25mmoL.ml^-1的硫酸铜溶液，与30ml 乙二醇混合后80℃下恒温，随后30ml1mmol·mL^-1氢氧化纳溶液缓慢滴入，滴加完毕后在80℃下继续搅拌2h，观察到颜色全部为黑色的沉淀.继续在该温度下老化2h，水洗、醇洗得到氧化铜前驱体。将10mL0.6mmol·mL^-1的硫酸锰溶液缓慢滴入上述氧化铜前驱体中，搅拌30min，然后再缓慢加入10mL0.6mmol·mL^-1过硫酸钠继续搅拌30min，水洗、干燥，然后300℃煅烧3h以得到最终的产品。 

(2)MnO₂/CuO复合材料作为氧化酶催化氧化TMB：将合成的纳米复合材料加入含有TMB的溶液中，微微震荡混合溶液，TMB被溶液中溶解的氧气氧化，产生一种蓝色的显色反应。 

在实验过程中，催化氧化的pH环境在2-7之间、添加复合材料的质量与加入的TMB的质量之比为1∶10、反应温度为室温时即可达到较好的催化效果。 

本发明的显著特点： 

(1)使用MnO₂/CuO复合材料作为模拟氧化酶用于催化氧气氧化TMB，可以在不使用双氧水的条件下产生极为明显的变色反应，极易比较反应发生的程度与快慢，具有良好的比色分析应用前景。 

(2)MnO₂/CuO复合材料即使是在较为极端的pH环境下依然可以保留其模拟酶活性。天然酶在极端条件下极易失活的缺点在模拟酶中被部分克服。这大大拓宽了的模拟酶的应用范围。 

(3)MnO₂/CuO复合材料完全由普通过渡元素的氧化物构成，使用极少量即可达到理想的效果。相较于由生物体内提取的天然酶。成本极低。 

附图说明

图1为实施例1所得产品的扫描电镜(SEM)照片； 

图2中实施例1所得产品的X射线粉末衍射(XRD)图谱； 

图3为实施例2，3，4，5中TMB氧化产物的吸光度在不同pH环境下随时间的变化曲线，a线为实施例2中MnO₂/CuO复合材料作为模拟氧化酶在pH＝2的环境下对TMB的催化氧化，b线为实施例2中MnO₂/CuO复合材料作为模拟氧化酶在pH＝4的环境下对TMB的催化氧化，c线为实施例2中MnO₂/CuO复合材料作为模拟氧化酶在pH＝6的环境下对TMB的催化氧化，d线为实施例2中MnO₂/CuO复合材料作为模拟氧化酶在pH＝7的环境下对TMB的催化氧化； 

图4为实施例6中，MnO₂/CuO复合材料作为模拟氧化酶在对不同pH环境下对TMB催化氧化400s时发生变色反应的照片； 

具体实施方式

为了更具体的说明本发明的方法，下面给出本发明的实施例，但本发明的应用不限于此。 

实施例1 

量取60mL0.25mmol·ml-1的硫酸铜溶液，与30ml乙二醇混合后放在三口烧瓶中，在磁力搅拌的条件下置于80℃的恒温水浴锅中。随后30ml1mmol·ml-1氢氧化纳溶液以每秒一滴的速度滴加入三口烧瓶中，初期有蓝色沉淀产生，但很快转化为黑色。滴加完毕后在80℃的恒温水浴锅中继续搅拌2h，观察到颜色全部为黑色的沉淀。继续在该温度下老化2h，水洗、醇洗以除去任何的离子和杂质，得到氧化铜前驱体。 

将10mL0.6mmol·ml-1的硫酸锰溶液以每秒一滴的速度加入上述氧化铜前驱体中，搅拌30min，然后再逐滴加入10mL0.6mmol·ml-1过硫酸钠继续搅拌30min，水洗除去离子和杂质后，在80℃的烘箱中18h烘干。随后将产品以3℃/min的升温速率，在马弗炉中300℃煅烧3h以得到最终的产品。 

实施例2 

吸取浓度为1mM的TMB溶液1mL，再吸取1mL的pH＝2的CH₃COOH/CH₃COO-(0.2M)缓冲溶液1mL。将两者混合均匀后再加入2.9mL水。随后吸取MnO₂/CuO复合材料水悬浮液0.1mL(内含MnO₂/CuO复合材料25μg)，将其加入到上述混合溶液内，快速摇匀后，使用紫外分光光度计在652nm下测定吸光度的变化。 

实施例3 

吸取浓度为1mM的TMB溶液1mL，再吸取1mL的pH＝4的CH₃COOH/CH₃COO-(0.2M)缓冲溶液1mL。将两者混合均匀后再加入2.9mL水。随后吸取MnO₂/CuO复合材料水悬浮液0.1mL(内含MnO₂/CuO复合材料的质量与加入的TMB的质量比未1∶10)，将其加入到上述混合溶液内，快速摇匀后，使用紫外分光光度计在652nm下测定吸光度的变化。 

实施例4 

吸取浓度为1mM的TMB溶液1mL，再吸取1mL的pH＝6的CH₃COOH/CH₃COO-(0.2M)缓冲溶液1mL。将两者混合均匀后再加入2.9mL水。随后吸取MnO₂/CuO 复合材料水悬浮液0.1mL(内含MnO₂/CuO复合材料的质量与加入的TMB的质量比未1∶10)，将其加入到上述混合溶液内，快速摇匀后，使用紫外分光光度计在652nm下测定吸光度的变化。 

实施例5 

吸取浓度为1mM的TMB溶液1mL，再吸取1mL的pH＝7的NaH₂PO₄/Na₂HPO₄(0.2M)缓冲溶液1mL。将两者混合均匀后再加入2.9mL水。随后吸取MnO₂/CuO复合材料水悬浮液0.1mL(内含MnO₂/CuO复合材料的质量与加入的TMB的质量比未1∶10)，将其加入到上述混合溶液内，快速摇匀后，使用紫外分光光度计在652nm下测定吸光度的变化。 

实施案例6 

使用上述实施案例2，3，4，5中的方法，将反应400s的反应溶液置于样品瓶中，放在灯光下，拍照确定MnO₂/CuO复合材料作为模拟氧化酶对TMB催化氧化后产生的变色反应。 

Claims (2)

1.一种以MnO₂/CuO复合材料为模拟氧化酶的氧化TMB的方法，其特征在于采用复合的过渡金属氧化物催化材料实现催化氧气氧化TMB(3，3′，5，5′-四甲基联苯)，具体步骤如下：

(1)MnO₂/CuO复合材料的制备：60mL0.25mmoL·ml^-1的硫酸铜溶液，与30ml乙二醇混合后80℃下恒温，随后30ml1mmol·mL^-1氢氧化纳溶液缓慢滴入，滴加完毕后在80℃下继续搅拌2h，观察到颜色全部为黑色的沉淀.继续在该温度下老化2h，水洗、醇洗得到氧化铜前驱体。将10mL0.6mmol·mL^-1的硫酸锰溶液缓慢滴入上述氧化铜前驱体中，搅拌30min，然后再缓慢加入10mL0.6mmol·mL^-1过硫酸钠继续搅拌30min，水洗、干燥，然后300℃煅烧3h以得到最终的产品。

(2)MnO₂/CuO复合材料作为氧化酶催化氧化TMB：将合成的纳米复合材料加入含有TMB的溶液中，微微震荡混合溶液，TMB被溶液中溶解的氧气氧化，产生一种蓝色的显色反应。

2.根据权利要求1所述的以MnO₂/CuO复合材料作为氧化酶催化氧化TMB的方法，其催化氧化pH范围为2-7。

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