CN104551000A

CN104551000A - 一种铂钴纳米合金模拟酶及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN104551000A
Application number: CN201410815886.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡双飞; 乞萃; 杨蓉; 王琛
Original assignee: National Center for Nanosccience and Technology China
Current assignee: National Center for Nanosccience and Technology China
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN104551000B

Abstract

一种铂钴纳米合金模拟酶，其结构为由近球状铂钴合金纳米粒子所构成。本发明所提供的铂钴纳米合金模拟酶，是以铂盐和钴盐为金属前驱体，将两种前驱体溶于有机溶剂中，加入表面活性剂和成核抑制剂，搅拌均匀后在水热釜中进行加热反应。本发明通过一步还原法制备出铂钴纳米合金模拟酶，其制备工艺简单，重复性好，稳定性高，成本低，表现出类似氧化物酶和类似过氧化物酶的催化活性，可作为一种新的氧化物酶模拟酶和过氧化物酶模拟酶，代替氧化物酶和过氧化物酶应用于免疫分析、生物检测和临床诊断等领域。

Description

一种铂钴纳米合金模拟酶及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于催化材料领域，特别涉及一种铂钴纳米合金模拟酶及其制备方法和用途。

背景技术

天然酶因其高选择性及高效率的催化活性，在生物、化学、农业和食品加工等领域有着重要的应用。但由于大多数天然酶的纯化成本较高，且易受到温度、pH值等实验条件的影响而变性失活导致其稳定性降低，极大地限制了酶的应用范围。因此，有必要开发具有酶性特征、结构更稳定的模拟酶。

与天然酶相比，纳米材料具有成本低、催化活性可调节、稳定性高、易于处理和储存等优点。各种具有过氧化物酶和(或)氧化物酶特性的纳米材料模拟酶，如：四氧化三铁纳米粒子、碳纳米管、碳量子点、金属氧化物、金属卤化物、单金属铂和双金属纳米材料等已经被开发出来。特别地，由于双金属纳米材料往往具有单金属纳米材料所不具有的多种优势，如可增强催化活性、材料稳定性等，近些年来引起了人们极大的兴趣。

迄今为止，一些双金属纳米模拟酶，如银基双金属纳米合金过氧化物模拟酶(Chem.Mater.,2010,22,2988-2994)，金核/铂壳纳米棒氧化物模拟酶和过氧化物模拟酶(CN 102019179B)和金核/钯壳多孔纳米过氧化物模拟酶(Chem.Commun.,2014,50,475-477)等，展现了良好的应用前景。然而，现有的双金属纳米模拟酶全部由两种贵金属元素(金、钯和铂)组成，成本相对较高，功能单一，而且其中绝大多数双金属纳米模拟酶制备程序较为繁琐。

铂基双金属纳米材料，特别是铂基磁性双金属纳米材料，已在催化领域得到了广泛的研究。在材料中加入磁性元素后，一方面降低了材料成本，提高了催化活性、选择性和稳定性，另一方面赋予了材料的磁性性质，如可以方便回收催化剂，在磁共振造影剂和数据存储材料等领域也具有潜在的应用价值。基于铂基纳米材料的上述优点，其研究也越来越深入。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种铂钴纳米合金模拟酶的制备方法。本发明通过一步还原法制备出了铂钴纳米合金模拟酶，首次发现了铂钴合金模拟酶同时具有氧化物模拟酶和过氧化物模拟酶活性双重特征，可以作为一类新颖的氧化物模拟酶和过氧化物模拟酶，可代替氧化物酶和过氧化物酶应用于免疫分析、生物检测和临床诊断等领域。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铂钴纳米合金模拟酶的制备方法，包括如下步骤：

1)将铂盐和钴盐两种前驱体溶于有机溶剂中，加入表面活性剂和成核抑制剂，搅拌均匀后进行水热反应；

2)反应结束后，洗涤、分离得到所述铂钴纳米合金模拟酶。

作为优选，本发明的制备方法中，所述铂盐为氯铂酸和乙酰丙酮铂中的一种。

作为优选，本发明的制备方法中，所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、醋酸钴和乙酰丙酮钴中的一种或两种以上的混合。

作为优选，本发明的制备方法中，所述有机溶剂为苄醇、乙二醇和二乙二醇中的一种或两种以上的混合。

作为优选，本发明的制备方法中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或两种以上的混合。

作为优选，本发明的制备方法中，所述成核抑制剂为苯甲酸、苯胺和苯甲醛中的一种或两种以上的混合。

作为优选，本发明的制备方法中，所述铂盐和钴盐前驱体的浓度分别为0.0005～0.01mol/L，例如为0.0008mol/L、0.0015mol/L、0.005mol/L、0.0075mol/L、0.0092mol/L等，两者浓度可相同也可不同。

优选地，所述表面活性剂的浓度为0.00025～0.0025mol/L，例如为0.0004mol/L、0.0008mol/L、0.0015mol/L、0.0022mol/L等。

优选地，所述成核抑制剂的浓度为0.016～0.16mol/L，例如为0.025mol/L、0.05mol/L、0.09mol/L、0.11mol/L、0.15mol/L等。

作为优选，本发明的制备方法中，所述水热反应在水热釜中进行。

作为优选，本发明的制备方法中，所述水热反应的温度为120～200℃，时间为1h以上，优选为1～12h。

作为优选，本发明的制备方法中，反应结束后，冷却至室温后洗涤。

优选地，所述洗涤为将反应物用丙酮和乙醇洗涤。

优选地，所述分离为通过离心进行。

作为优选，本发明的制备方法，包括如下步骤：

1)将浓度分别为0.0005～0.01mol/L铂盐和钴盐两种前驱体溶于有机溶剂中，加入表面活性剂和成核抑制剂，搅拌均匀后120～200℃进行水热反应1～12h，所述表面活性剂的浓度为0.00025～0.0025mol/L，所述成核抑制剂的浓度为0.016～0.16mol/L；

2)反应结束后，冷却至室温，将反应物用丙酮和乙醇洗涤，通过离心去除上清液即可得到所述铂钴纳米合金模拟酶。

本发明的目的之二还在于提供一种铂钴纳米合金模拟酶，由本发明的制备方法制得。本发明制备的铂钴纳米合金结构为由近球状铂钴合金纳米粒子所构成，在过氧化氢存在和不存在下，对有机底物3，3’，5，5’-四甲基联苯胺(TMB)都具有很高的氧化催化活性，表现出类似过氧化物酶和氧化物酶活性特征。

本发明的目的之三还在于提供本发明所述的铂钴纳米合金模拟酶的用途，其作为模拟酶可应用于免疫分析、生物检测或临床诊断领域。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

材料成本低、制备方法简单、重复性好；

所制备的铂钴纳米合金在过氧化氢存在和不存在下，对有机底物TMB都具有很高的氧化催化活性，表现出类似过氧化物酶和氧化物酶活性特征；

除了很高的催化活性，在强酸、碱性条件和高温下具有很高的化学稳定性，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。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的透射电子图；

图2为本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的高分辨透射电子图；

图3为本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的x-射线衍射图；

图4为本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的x-射线能谱图；

图5为本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的磁滞回线图；

图6为测定本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶类似氧化酶和过氧化物酶催化活性时的比色照片图；

图中：(A)含有10μL 60μM TMB但不含过氧化氢和Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶；(B)含有10μL 60μM TMB和10μL 2mM Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶但不含过氧化氢；(C)含有10μL 60μM TMB和50μL 100μM过氧化氢但不含Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶；(D)含有10μL 60μM TMB、10μL 2mM Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶和50μL 100μM过氧化氢；图片表明，Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶在过氧化氢存在和不存在下对底物TMB都有很高的催化活性；

图7为本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的催化活性和温度的关系；

图8为本发明实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的催化活性和溶液pH值的关系。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

实施方法：将乙酰丙酮铂和乙酰丙酮钴溶于苄醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮和苯甲酸，搅拌均匀后置于水热釜中，其中乙酰丙酮铂浓度为0.004mol/L，乙酰丙酮钴浓度为0.008mol/L，聚乙烯吡咯烷酮浓度为0.002mol/L，苯甲酸浓度为0.08mol/L。180℃下加热反应12h。反应结束后，冷却至室温，将反应物用丙酮和乙醇洗涤，离心去除上清液后即可得到铂钴纳米合金。

实施例二

实施方法：将氯铂酸和醋酸钴溶于乙二醇中，加入聚乙二醇和苯胺，搅拌均匀后置于水热釜中，其中氯铂酸浓度为0.001mol/L，醋酸钴浓度为0.002mol/L，聚乙二醇浓度为0.0025mol/L，苯胺浓度为0.016mol/L。150℃下加热反应12h。反应结束后，冷却至室温，将反应物用丙酮和乙醇洗涤，离心去除上清液后即可得到铂钴纳米合金。

实施例三

实施方法：将乙酰丙酮铂和氯化钴溶于苄醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮和苯甲酸，搅拌均匀后置于水热釜中，其中乙酰丙酮铂浓度为0.0005mol/L，氯化钴浓度为0.001mol/L，聚乙烯吡咯烷酮浓度为0.00025mol/L，苯甲酸浓度为0.016mol/L。200℃下加热反应1h。反应结束后，冷却至室温，将反应物用丙酮和乙醇洗涤，离心去除上清液后即可得到铂钴纳米合金。

实施例四

实施方法：将氯铂酸和硝酸钴溶于二乙二醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮和苯甲醛，搅拌均匀后置于水热釜中，其中乙酰丙酮铂浓度为0.005mol/L，硝酸酮钴浓度为0.01mol/L，聚乙烯吡咯烷酮浓度为0.0025mol/L，苯甲醛浓度为0.16mol/L。120℃下加热反应4h。反应结束后，冷却至室温，将反应物用丙酮和乙醇洗涤，离心去除上清液后即可得到铂钴纳米合金。

实施例五

实施方法：将氯铂酸和乙酰丙酮钴溶于苄醇中，加入聚乙二醇和苯胺，搅拌均匀后置于水热釜中，其中乙酰丙酮铂浓度为0.004mol/L，乙酰丙酮钴浓度为0.008mol/L，聚乙二醇浓度为0.002mol/L，苯胺浓度为0.05mol/L。150℃下加热反应8h。反应结束后，冷却至室温，将反应物用丙酮和乙醇洗涤，离心去除上清液后即可得到铂钴纳米合金。

实施例六

实施方法：将氯铂酸和乙酰丙酮钴溶于苄醇中，加入聚乙二醇和苯胺，搅拌均匀后置于水热釜中，其中乙酰丙酮铂浓度为0.01mol/L，乙酰丙酮钴浓度为0.0005mol/L，聚乙二醇浓度为0.005mol/L，苯胺浓度为0.1mol/L。140℃下加热反应10h。反应结束后，冷却至室温，将反应物用丙酮和乙醇洗涤，离心去除上清液后即可得到铂钴纳米合金。

图1为实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的透射图像，从图中可以清楚的看到Pt₇₂Co₂₈纳米合金为球状单分散纳米粒子。图2为实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的高分辨透射图像，从图中可以清楚的看到Pt₇₂Co₂₈纳米合金的(111)晶面晶格间距为0.221nm。

图3为实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的x-射线衍射图，从图中可以清楚的看到其各衍射晶面；图4为实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的x-射线能谱图，从图中可以清楚的看到Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶中仅仅含有铂、钴和铜三种金属元素，其中铜元素来自于铜网。

图5为实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的磁滞回线，从图中可以清楚的看到Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶具有超顺磁特性，其饱和磁化强度约为17emu/g，在磁场作用下对其水溶液可以很方便进行分离。

以下为对实施例1所制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶具有类似氧化物酶和类似过氧化物酶催化活性特征的比色测定：

1.Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的类似氧化物酶催化活性特征的比色测定步骤如下：取1.0mL pH 6.5的去离子水，依次向其中加入10μL 60μM TMB和10μL2mM Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶；然后将上述溶液混合均匀；室温(25℃)下放置10秒钟后，即可观察到溶液从无色变为蓝色，如图6A和6B所示。这些表明Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶对水溶液中的溶解氧氧化底物TMB具有很高的催化活性，可作为氧化酶模拟酶。

2.Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的类似过氧化物酶催化活性特征的比色测定步骤如下：取1.0mL pH 6.5的去离子水，依次向其中加入10μL 60μM TMB、10μL 2mM Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶和50μL 100μM过氧化氢；然后将上述溶液混合均匀；室温(25℃)下放置10秒后，即可观察到溶液从无色变为蓝色，如图6C和6D所示。这些表明Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶催化了过氧化氢对氧化底物TMB的氧化反应，可作为过氧化物酶模拟酶。

以下为介绍实施例1中制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶在不同温度(20、30、40、50、60℃)下的催化活性变化：

取pH 6.5的去离子水500μL，加入6μL 2mM Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶，混匀后放入水浴预热到设定温度。加入6μL 50mM TMB，在水浴中反应1min后立即加入50μL 2M H₂SO₄溶液，混匀，用多功能酶标仪在450nm处测定上述混合溶液的吸光度值。

图7显示了温度对Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶催化活性的影响。从图7可以看出，温度从20℃变化到50℃，Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的催化活性逐渐增大，50℃时达到最大。而常用的辣根过氧化物酶在40℃以上时就变性失活，催化活性大大降低。和天然酶相比，本发明制备的铂钴纳米合金模拟酶在更高温度下依然保持很强的催化能力。

以下为介绍实施例1中制备的Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶在不同pH值(3、4、5、6、7、8、9)的缓冲溶液中的催化活性变化：

取预先配制好的一定pH值的缓冲溶液500μL，加入6μL 2mM Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶，混匀后放入30℃水浴中预热。加入6μL 50mM TMB，在水浴中反应1min后立即加入50μL 2M H₂SO₄溶液，混匀后用多功能酶标仪在450nm处测定上述混合溶液的吸光度值。

图8显示了溶液pH值对Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶催化活性的影响。从图8可以看出，Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶对底物TMB的催化氧化是pH值依赖的，pH为6时，Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的类似模拟酶的催化活性达到最大。当pH值介于6和9时，Pt₇₂Co₂₈纳米合金模拟酶的催化活性明显下降。

由上可知，本发明所提供的铂钴纳米合金模拟酶的制备方法简单，兼有类似氧化物酶和类似过氧化物酶的催化功能，同时具备超顺磁特性，可作为一类新型多功能的氧化物酶模拟酶和过氧化物酶模拟酶，即本发明制备的铂钴纳米合金模拟酶可代替氧化物酶和过氧化物酶在免疫分析、生物检测和临床诊断等取得广泛的应用前景。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种铂钴纳米合金模拟酶的制备方法，包括如下步骤：

1)将铂盐和钴盐两种前驱体溶于有机溶剂中，加入表面活性剂和成核抑制剂，进行水热反应；

2)反应结束后，洗涤、分离得到所述铂钴纳米合金模拟酶。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂盐为氯铂酸和乙酰丙酮铂中的一种或两种以上的混合；

优选地，本发明的制备方法中，所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、醋酸钴和乙酰丙酮钴中的一种或两种以上的混合。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为苄醇、乙二醇和二乙二醇中的一种或两种以上的混合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或两种以上的混合；

优选地，所述成核抑制剂为苯甲酸、苯胺和苯甲醛中的一种或两种以上的混合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铂盐和钴盐前驱体的浓度分别为0.0005～0.01mol/L。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的浓度为0.00025～0.0025mol/L；

优选地，所述成核抑制剂的浓度为0.016～0.16mol/L。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应在水热釜中进行；

优选地，所述水热反应的温度为120～200℃，时间为1h以上，优选为1～12h。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，反应结束后，冷却至室温后洗涤；

优选地，所述洗涤为将反应物用丙酮和乙醇洗涤；

优选地，所述分离通过离心进行。

9.一种铂钴纳米合金模拟酶，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.一种权利要求9所述的铂钴纳米合金模拟酶的用途，其特征在于，其作为模拟酶应用于免疫分析、生物检测或临床诊断领域。