CN103447029B

CN103447029B - 一种过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法

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Publication number: CN103447029B
Application number: CN201310396616.0A
Authority: CN
Inventors: 梁晓声; 熊海容; 王海英; 郭小华; 汪文俊
Original assignee: South Central University for Nationalities
Current assignee: South Central Minzu University
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN103447029A

Abstract

本发明公开了一种过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其合成方法是：含有金源、钯源的溶液在稳定剂和还原剂存在的条件下进行合成反应，制得作为过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的纳米金钯合金颗粒，其中金源与钯源的摩尔比为金源:钯源=1:5～5:1,还原剂与金源和钯源的摩尔比为还原剂:金源和钯源=5:1～1:20，所述稳定剂为柠檬酸盐，还原剂为柠檬酸盐或NaBH₄。本发明合成了一种稳定的、具有表面等离子共振效应和过氧化物模拟酶活的纳米金钯合金颗粒。该纳米金钯合金颗粒胶体性质稳定，表面等离子共振峰显著且稳定；酶活性最适pH为3，反应对离子强度要求不高，可适用于蛋白变性环境的过氧化物催化，在分析和分子计算领域有很好应用潜力。

Description

一种过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法

技术领域

本发明涉及一种过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，属于纳米新材料的合成方法。

背景技术

模拟酶是一类非蛋白结构但与天然酶有相似催化活性的人工合成催化剂。在模拟酶的研究中，过氧化物模拟酶因可以广泛用于分析检测领域（酶催化颜色反应、化学发光反应、电化学信号转化等），获得了较为深入的发展。一直以来,纳米粒子的模拟酶催化活性不为人所发现，直到近年来，纳米四氧化三铁、稀土纳米离子、纳米四氧化三钴、多壁碳纳米管、正点修饰纳米金等材料均发现了过氧化物模拟酶活，极大的扩展了相关催化反应在天然酶不适条件下的应用。

近年来，贵金属纳米颗粒(如金、银纳米颗粒)由于其良好的光学、催化、生物兼容性等优秀性质，受到研究者的广泛关注，金、银纳米微粒的尺寸、形状和结构控制以及相应的性质研究成为材料科学以及相关领域的前沿热点。其中金纳米颗粒是研究较早的一种纳米材料，在生物学研究中一般将其称为胶体金。它的粒子尺寸一般在1-100nm之间，由于表面等离子体共振的性质，随粒径的变化呈现不同的颜色，有利于肉眼观察，具有较强的显色能力，已被广泛应用于感光、催化、生物标识、医学免疫、表面增强拉曼散射等诸多领域。

金纳米颗粒具有很强的表面等离子共振效应（LocalSurfacePlasmonResonance），这种效应与颗粒表面状态密切相关，表面状态的微弱改变可以引起较大的表面等离子共振差异，从而把纳米颗粒表面相互作用信号转化为光学信号。利用该性质，在分析领域有两大类应用，一类利用纳米金颗粒密度超过10⁷/mm²,在520nm左右产生肉眼可辨的光吸收，从而进行低浓度目标分子的标记检测或竞争检测，该类以金标记试纸条为典范；另一类利用目标分子相互左右导致纳米颗粒相互靠近，纳米颗粒聚集后520nm吸收变小，720nm吸收迅速变大，溶液颜色由红转蓝，从而对相互作用小分子进行定量，目前，使用该种检测方式已成功实现重金属、TNT、三聚氰胺、抗生素、DNA、DNA错配及蛋白相互作用等检测。

基于金纳米颗粒的过氧化物模拟酶既有过氧化物催化活性，又有金纳米颗粒本身的表面等离子共振，其浓度可以通过光吸收反映出来，此外，纳米颗粒的聚集状态可以通过720nm与520nm吸收值之比反映出来。该类纳米颗粒具有多重信号转化的效果，在分析检测，分子及生物计算机等领域有很大的应用潜力。

而基于纳米金的过氧化物模拟酶主要是正电荷修饰的纳米颗粒，如巯基胺类修饰的纳米颗粒，然而该类纳米颗粒由于修饰改变了胶体的静电斥力往往变得很不稳定，其光学信号转换器的功能不能反映出来。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，通过该方法合成了一种稳定的、具有表面等离子共振效应和过氧化物模拟酶活的纳米金钯合金颗粒。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其方法是：含有金源、钯源的溶液在稳定剂和还原剂存在的条件下进行合成反应，制得作为过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的纳米金钯合金颗粒，其中金源与钯源的摩尔比为金源:钯源=1:5～5:1,还原剂与金源和钯源的摩尔比为还原剂:金源和钯源=5:1～1:20，所述稳定剂为柠檬酸盐，还原剂为柠檬酸盐或NaBH₄。

本发明中所述的稳定剂和还原剂均为柠檬酸盐时，柠檬酸盐与金源和钯源的摩尔比为柠檬酸盐:金源和钯源=5:1～1:1，合成采用如下步骤：

1）在带有搅拌器和回流管的反应容器中加入含有金源、钯源的溶液，溶液中金源的浓度为0.1～1mM，钯源的浓度为0.1～1mM，持续加热反应容器中的溶液，同时开启搅拌器搅拌溶液，溶液沸腾后，回流管中的回流量稳定时，在反应容器中加入柠檬酸盐的溶液至柠檬酸盐的终浓度为1～5mM；；

2）继续回流至反应容器中的反应溶液呈稳定的红色时，停止加热得到纳米金钯合金颗粒溶液，让纳米金钯合金颗粒溶液自然冷却至室温得纳米金钯合金颗粒溶胶，用滤器过滤冷却的纳米金钯颗粒溶胶得到稳定的纳米金钯合金颗粒。

本发明中所述的稳定剂为柠檬酸盐，还原剂为NaBH₄，NaBH₄与金源和钯源的摩尔比为柠檬酸盐:金源和钯源=1:2～1:20，合成采用如下步骤：

1）在带有搅拌器的反应容器中加入金源浓度为0.1～1mM的金源溶液、钯源浓度为0.1～1mM的钯源溶液以及柠檬酸盐溶液，开启搅拌器搅拌溶液，在反应容器中加入NaBH₄的溶液至NaBH₄的终浓度为0.05～0.5mM；

2）继续搅拌至反应容器中的反应溶液呈稳定的红色时，停止搅拌得到纳米金钯合金颗粒溶液，将纳米金钯合金颗粒溶冷却得纳米金钯合金颗粒溶胶，用滤器过滤冷却的纳米金钯颗粒溶胶得到稳定的纳米金钯合金颗粒。

本发明中所用的反应容器在使用前依次用自来水，反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净并用烘箱烘干。

本发明所采用的钯源为钯金属盐，金源为金盐或金的配合物。

所述钯源为PdSO₄、Pd(NO₃)₂、K₂PdCl₄或Na₂PdCl₄，金源为HAuCl₄。

所述的柠檬酸盐为柠檬酸钠。

由上述技术方案可知，本发明在合成前体中加入了钯源，制得了一种稳定的、具有表面等离子共振效应和过氧化物酶活的纳米金钯合金颗粒,制得的纳米金钯合金颗粒呈球状。与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）该方法操作步骤简单，反应条件温和，反应产物容易分离提纯，所用反应仪器和试剂价格低廉；

2）该纳米金钯合金颗粒胶体性质稳定，表面等离子共振吸收峰显著并且稳定，增强了光学信号转换，克服了采用化学修饰获得的基于纳米金的过氧化物模拟酶不稳定的缺点；

3）通过实验发现该纳米金钯合金颗粒在PH值为3的过氧化物酶催化活性最强，克服了酶在该条件变构失活的缺陷,拓展了酶在低PH值时的应用。

这种过氧化物模拟酶纳米金钯合金颗粒可适用于蛋白变性环境的过氧化物催化，在分析和分子计算领域有很好的应用潜力。

附图说明

图1—不同的钯金摩尔比合成得到的纳米合金颗粒的紫外-可见光谱图。

图2—不同的钯金摩尔比合成得到的纳米合金颗粒以TMB为电子供体的过氧化氢催化反应反应产物量随时间的变化图。

图3—以实施例6钯金摩尔比为2:3合成的纳米合金颗粒为例测定其最适模拟酶反应pH图。

图4—以实施例6钯金摩尔比为2:3合成的纳米合金颗粒为例的TEM表征。

具体实施方式

实施例1

将所有涉及本实验的实验容器依次用自来水，反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净，并用烘箱烘干。在带有搅拌器和回流管的三口圆底烧瓶中加入用MilliQ水配制500mM浓度为0.8mM的HAuCl₄溶液以及浓度为0.2mMNa₂PdCl₄溶液，三口圆底烧瓶的中间口接入搅拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持续加热三口圆底烧瓶中的溶液，同时开启搅拌器搅拌溶液，溶液沸腾后，当回流管中的回流量趋于稳定时，将事先配制好的50mL浓度为38.8mM柠檬酸钠溶液倒入反应容器中至柠檬酸钠的终浓度为3.53mM，在加热的过程中，在干净的容量瓶里配制50ml浓度为38.8mM的柠檬酸钠溶液（0.5704g二水合柠檬酸钠溶于milliQ水并定容至50mL）。

继续回流至三口圆底烧瓶中的溶液呈稳定的红色时，停止加热得到纳米金钯合金颗粒溶液，让纳米金钯合金颗粒溶液自然冷却2-4小时至室温得纳米金钯合金颗粒溶胶，用0.22μm无菌滤器过滤冷却的纳米金钯合金颗粒溶胶，将过滤后得到的纳米金钯合金颗粒转移至干净玻璃瓶，并用锡箔包被4℃保存。

实施例2

将所有涉及本实验的实验容器依次用自来水，反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净，并用烘箱烘干。在带有搅拌器和回流管的三口圆底烧瓶中加入用MilliQ水配制500mL0.6mM的HAuCl₄溶液及0.4mMPd(NO₃)₂溶液，三口圆底烧瓶的中间口接入搅拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持续加热三口圆底烧瓶中的溶液，同时开启搅拌器搅拌溶液，溶液沸腾后，当回流管中的回流量趋于稳定时，将事先配制好的50mL浓度为38.8mL柠檬酸钠溶液倒入反应容器中至柠檬酸钠的终浓度为3.53mM，在加热过程，在干净的50mL容量瓶里配制50mL浓度为38.8mM的柠檬酸钠溶液（0.5704g二水合柠檬酸钠溶于milliQ水并定容至50mL）。

继续回流至三口圆底烧瓶中的溶液呈稳定的红色时，停止加热得到纳米金钯合金颗粒溶液，让纳米金钯合金颗粒溶液自然冷却2-4小时至室温得纳米金钯合金颗粒溶胶，用0.22μm无菌滤器过滤冷却的纳米金钯合金颗粒溶胶，将过滤后得到的的纳米金钯合金颗粒转移至干净玻璃瓶，并用锡箔包被4℃保存。

实施例3

将所有涉及本实验的实验容器依次用自来水，反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净，并用烘箱烘干。在带有搅拌器和回流管的三口圆底烧瓶中加入用MilliQ水配制500mL浓度为0.4mM的HAuCl₄溶液以及浓度为0.6mM的PdSO₄溶液，三口圆底烧瓶的中间口接入搅拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持续加热三口圆底烧瓶中的溶液，同时开启搅拌器搅拌溶液，溶液沸腾后，当回流管中的回流量趋于稳定时，将事先配制好的50mL浓度为38.8mM柠檬酸钠溶液倒入反应容器中至柠檬酸钠的终浓度为3.53mM，在加热的过程中，在干净的50mL容量瓶里配制50mL浓度为38.8mM的柠檬酸钠溶液（0.5704g二水合柠檬酸钠溶于milliQ水并定容至50mL）。

继续回流至三口圆底烧瓶中的溶液呈稳定的红色时，停止加热得到纳米金钯合金粒溶液，让纳米金钯合金颗粒溶液自然冷却2-4小时至室温得纳米金钯合金颗粒溶胶，用0.22μm无菌滤器过滤冷却的纳米金钯合金颗粒溶胶，将过滤后得到的纳米金钯合金颗粒转移至干净玻璃瓶，并用锡箔包被4℃保存。

实施例4

将所有涉及本实验的实验容器依次用自来水，反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净，并用烘箱烘干。在带有搅拌器和回流管的三口圆底烧瓶中加入用MilliQ水配制500mL浓度为0.2mM的HAuCl₄溶液以及浓度为0.8mMK₂PdCl₄溶液，三口圆底烧瓶的中间口接入搅拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持续加热三口圆底烧瓶中的溶液，同时开启搅拌器搅拌溶液，溶液沸腾后，当回流管中的回流量趋于稳定时，将事先配制好的50mL浓度为38.8mM柠檬酸钠溶液倒入反应容器中至柠檬酸钠的浓度为3.53mM，在加热的过程中，在干净的50mL容量瓶里配制50mL浓度为38.8mM的柠檬酸钠溶液（0.5704g二水合柠檬酸钠溶于milliQ水并定容至50mL）。

测定实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制得纳米金钯合金颗粒以及纳米金颗粒的紫外-可见光谱图，如图1所示，由图可以看出不同钯金摩尔比合成得到的金钯纳米合金颗粒在波长约520nm处的吸光度的峰值显著且稳定，说明纳米金钯合金颗粒具有较强的表面等离子共振吸收峰。

测定实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制得纳米金钯合金颗粒以及纳米金颗粒以TMB为电子供体的过氧化氢催化反应反应产物量随时间变化图，如图2所示，纵坐标为O.D.450nm，即TMB氧化后蓝色产物的特征吸收峰值。从图上可以得出纳米金钯合金颗粒的催化性能要远远好于纳米金颗粒，其中钯金摩尔比为2:3时催化性能最好。

实施例5

将所有涉及本实验的实验容器依次用自来水，反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净，并用烘箱烘干。在带有搅拌器和回流管的三口圆底烧瓶中加入用MilliQ水配制500mL浓度为0.4mM的HAuCl₄溶液以及浓度为0.6mM的PdSO₄溶液，三口圆底烧瓶的中间口接入搅拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持续加热三口圆底烧瓶中的溶液，同时开启搅拌器搅拌溶液，溶液沸腾后，当回流管中的回流量趋于稳定时，将事先配制好的25mL浓度为38.8mM柠檬酸钠溶液倒入反应容器中至柠檬酸盐的终浓度为1.85mM，在加热的过程中，在干净的25mL容量瓶里配制38.8mM的柠檬酸钠溶液（0.5704g二水合柠檬酸钠溶于milliQ水并定容至50mL）。

实施例6

将所有涉及本实验的实验容器依次用自来水，反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净，并用烘箱烘干。在带有搅拌器的三口圆底烧瓶中加入用MilliQ水配制500mL浓度0.6mM的HAuCl₄溶液、浓度为0.4mMNa₂PdCl₄溶液以及柠檬酸钠溶液，柠檬酸盐的浓度没有特别的要求，只需要起到稳定剂的作用即可。三口圆底烧瓶的中间口接入搅拌器，两斜口塞磨口玻璃塞。开启搅拌器激烈搅拌溶液，将事先配制好的50mL浓度为1mM的溶液液倒入反应容器中至硼氢化钠的终浓度为0.091mM。

继续搅拌至三口圆底烧瓶中的溶液呈稳定的红色时，停止搅拌得到纳米金钯合金粒溶液，让纳米金钯合金颗粒溶液自然冷却得纳米金钯合金颗粒溶胶，用0.22μm无菌滤器过滤冷却的纳米金钯合金颗粒溶胶得纳米金钯合金颗粒。测定纳米金钯合金颗粒的过氧化物模拟酶活性。

图3为以实施例6合成的纳米金钯合金颗粒为例测定其最适模拟酶反应pH图。从图可以看出，当PH值变化时，PH为3时反应最快，说明以钯金摩尔比2:3合成的纳米钯金合金颗粒在PH为3时催化活性最好。

图4为以实施例6合成的纳米金钯合金颗粒为例的TEM表征，在TEM下纳米金钯合金颗粒的形貌、分散情况。

Claims

1.一种过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其特征在于：含有金源、钯源的溶液在稳定剂和还原剂存在的条件下进行合成反应，制得作为过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的纳米金钯合金颗粒，其中金源与钯源的摩尔比为金源:钯源＝1:5～5:1,还原剂与金源和钯源的摩尔比为还原剂:金源和钯源＝5:1～1:20，所述稳定剂为柠檬酸盐，还原剂为柠檬酸盐或NaBH₄；

其中稳定剂和还原剂均为柠檬酸盐，柠檬酸盐与金源和钯源的摩尔比为柠檬酸盐:金源和钯源＝5:1～1:1，并具体采用如下步骤：

1)在带有搅拌器和回流管的反应容器中加入含有金源、钯源的溶液，溶液中金源的浓度为0.1～1mmol/L，钯源的浓度为0.1～1mmol/L，持续加热反应容器中的溶液，同时开启搅拌器搅拌溶液，溶液沸腾后，回流管中的回流量稳定时，在反应容器中加入柠檬酸盐的溶液至柠檬酸盐的终浓度为1～5mmol/L；

2)继续回流至反应容器中的反应溶液呈稳定的红色时，停止加热得到纳米金钯合金颗粒溶液，让纳米金钯合金颗粒溶液自然冷却至室温得纳米金钯合金颗粒溶胶，用滤器过滤冷却的纳米金钯颗粒溶胶得到稳定的纳米金钯合金颗粒；

或者其中稳定剂为柠檬酸盐，还原剂为NaBH₄，NaBH₄与金源和钯源的摩尔比为NaBH₄:金源和钯源＝1:2～1:20，并具体采用如下步骤：

1)在带有搅拌器的反应容器中加入金源浓度为0.1～1mmol/L的金源溶液、钯源浓度为0.1～1mmol/L的钯源溶液以及柠檬酸盐溶液，开启搅拌器搅拌溶液，在反应容器中加入NaBH₄的溶液至NaBH₄的终浓度为0.05～0.5mmol/L；

2)继续搅拌至反应容器中的反应溶液呈稳定的红色时，停止搅拌得到纳米金钯合金颗粒溶液，将纳米金钯合金颗粒溶冷却得纳米金钯合金颗粒溶胶，用滤器过滤冷却的纳米金钯颗粒溶胶得到稳定的纳米金钯合金颗粒。

2.根据权利要求1所述的过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其特征在于：所述反应容器在使用前依次用自来水、反渗透水洗涤，MilliQ水浸泡过夜，王水洗涤，再用MilliQ水浸泡洗涤干净并用烘箱烘干。

3.根据权利要求1所述的过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其特征在于：所述钯源为钯金属盐，金源为金盐或金的配合物。

4.根据权利要求3所述的过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其特征在于：所述钯源为Na₂PdCl₄、K₂PdCl₄、Pd(NO₃)₂或PdSO₄，所述金源为HAuCl₄。

5.根据权利要求1所述的过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其特征在于：所述的柠檬酸盐为柠檬酸钠。

6.根据权利要求1所述的过氧化物模拟酶纳米催化颗粒的合成方法，其特征在于：制得的纳米金钯合金颗粒呈球状。