CN105214646A - 氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶 - Google Patents

氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种<b>氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶</b>，该氧化钨量子点材料具有优良的过氧化物酶活性，可催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸、2，2ˊ-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐和邻苯二胺等显色剂显色。因此本发明提出一种新型可以替代天然酶的模拟过氧化物酶无机纳米材料。所述氧化钨量子点材料是以硫化钨为前驱体，通过简单的超声步骤和水热法反应制得，该材料合成步骤简单、绿色环保，成本低、且模拟过氧化物酶效果明显，因此在新型催化氧化和医学分析中具有较好的应用前景。

Description

氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶
技术领域
本发明涉及一种基于氧化钨量子点材料的新型模拟过氧化物酶，属于模拟催化氧化技术领域。
背景技术
尽管天然酶具有催化效率高、专一性强、反应条件温和等特点，但是天然酶的活性易受pH值、温度以及毒性等环境因素的影响，因此具有不稳定、易失活等缺点。此外，天然酶还具有来源有限，提纯困难，价格昂贵等缺点，因此极大地限制了其应用。近年来，纳米材料人工模拟过氧化物酶的出现可有效克服天然酶的以上缺点，表现出强大的催化活性和特异性，且具有制备简单、价廉、稳定性好，可重复利用等优点，因此在模拟酶应用领域显示出极大的优势并具有很好的应用前景。
纳米氧化钨的量子尺寸效应、小尺寸效应、界面效应、表面效应和宏观量子隧道效应，使其在光、磁、催化及化学活性等方面具有更加优势的性能。基于量子效应，量子点在太阳能电池，发光器件，光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。因此，零维氧化钨量子点的制备，很可能大大提高和改善氧化钨的性能。本发明提供了一种基于氧化钨量子点材料的高活性、高稳定性模拟过氧化物酶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的氧化钨量子点催化材料，并提供其作为模拟过氧化物酶。其是氧化钨量子点材料具有过氧化物酶特性，其催化过氧化氢分别氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸、2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐或邻苯二胺等显色剂显色。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是氧化钨量子点材料具有过氧化物酶特性，其能催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸、2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐或邻苯二胺等显色剂显色。
所述氧化钨量子点材料由以下方法制备的：称取硫化钨，加入二次蒸馏水中制得硫化钨悬浮液浓度为0.1~0.3mg/mL（优选0.15mg/mL），于超声波清洗器中超声处理，经砂芯漏斗过滤，获得滤饼，再将收集的滤饼重悬于二次蒸馏水中获得溶液，将所得溶液置于高压反应釜中，160℃~240℃（优选200℃）下反应，然后冷却至室温，得到水热产物，再将该水热产物经砂芯漏斗过滤，收集滤液，即得到氧化钨量子点溶液，经悬蒸、乙醇分散，离心、真空干燥步骤即得到氧化钨量子点固体粉末。
所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，能催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸生成蓝色产物，该产物在652nm处有最大吸收峰。
所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，能催化过氧化氢氧化2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐，产生一种绿色的显色反应。
所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，能催化过氧化氢氧化邻苯二胺，产生一种黄色的显色反应。
上述称取硫化钨，加入二次蒸馏水中制得硫化钨悬浮液的浓度优选为0.15mg/mL。
上述超声波清洗器中超声处理，经砂芯漏斗过滤，获得滤饼，再将收集的滤饼重悬于二次蒸馏水中获得溶液，将所得溶液置于高压反应釜中，在优选温度为200℃下反应。
本发明采用具体技术方案为：
（一）氧化钨量子点材料的制备
称取0.03g硫化钨，加入200mL65℃的二次蒸馏水，于超声波清洗器（功率为400W）中超声15~24小时（优选18小时）。经孔径为0.22μm的砂芯漏斗过滤，获得滤饼，再将收集的滤饼重悬于30mL二次蒸馏水中。将上述溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，200℃下加热12~18小时（优选15小时），然后冷却至室温，得到水热产物。将所得水热产物经孔径为0.22μm的砂芯漏斗过滤，收集滤液，即可得到氧化钨量子点溶液，经悬蒸、乙醇分散，离心（离心机转速为16000r/min，时间30min）、真空干燥（温度为50℃～60℃（优选55°C），干燥时间为8h～12h（优选10小时））等步骤即可得到氧化钨量子点固体粉末。
（二）氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶活性
1、通过氧化钨量子点材料催化过氧化物酶底物3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸产生蓝色底物，验证和比较其过氧化物酶活性。在缓冲液中依次加入过氧化氢、3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸和氧化钨量子点材料水溶液，混合后温浴不同时间，观察颜色的变化或测定652nm波长处的吸光度值。根据溶液颜色或通过测定吸光度值进行比较过氧化物酶活性。
2、通过氧化钨量子点材料催化过氧化物酶底物2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐产生绿色底物，验证和比较其过氧化物酶活性。在缓冲液中依次加入过氧化氢、2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐和氧化钨量子点材料水溶液，混合后温浴一定时间，观察颜色的变化。
3、通过氧化钨量子点材料催化过氧化物酶底物邻苯二胺产生黄色底物，验证和比较其过氧化物酶活性。在缓冲液中依次加入过氧化氢、邻苯二胺和氧化钨量子点材料水溶液，混合后温浴一定时间，观察其颜色的变化。
本发明的优点是：
（1）本发明所得到的氧化钨量子点材料制备工艺简单，绿色环保，成本低廉，使用极少量即可达到理想效果，与天然酶相比可极大地降低成本。
（2）本发明氧化钨量子点材料具有良好的过氧化物酶活性。
（3）本发明氧化钨量子点材料对底物3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸、2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐和邻苯二胺等的亲和力均较高。
附图说明
图1为氧化钨量子点材料催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸、2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐和邻苯二胺等显色体系的颜色变化图，图中从左到右溶液由无色变为蓝色（3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸，简称TMB）、绿色（2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐，简称ABTS）和黄色（邻苯二胺，简称OPD）。
图2为氧化钨量子点材料催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸显色体系在不同反应时间下的紫外可见吸收光谱图。
图3为不同反应体系在652nm处的吸光度值-时间关系曲线。各体系分别为：(a)1μg/mLWOxQDs+0.8mMTMB,(b)0.8mMTMB+0.2MH2O2和（c）1μg/mLWOxQDs+0.8mMTMB+0.2MH2O2。
图4为氧化钨量子点材料作为模拟酶在不同反应时间下催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸变色反应的照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述，本发明并不限于此。
实施例1
称取0.03g硫化钨，加入200mL65℃的二次蒸馏水，于超声波清洗器（功率为400W）中超声15~24小时（优选18小时）。经孔径为0.22μm的砂芯漏斗过滤，获得滤饼，再将收集的滤饼重悬于30mL二次蒸馏水中。将上述溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，200℃下反应12~18小时（优选15小时），然后冷却至室温，得到水热产物。将所得水热产物经孔径为0.22μm的砂芯漏斗过滤，收集滤液，即可得到氧化钨量子点材料溶液。经悬蒸、乙醇分散，离心（离心机转速为16000r/min，时间30min）、真空干燥（温度为50°C～60°C（优选55°C），干燥时间为8h～12h（优选10小时））步骤得到氧化钨量子点固体粉末。
实施例2
在0.5mLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入0.2mL3%的过氧化氢、0.2mL浓度为4mmol/L的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸和100μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液，混合后37℃温浴30分钟，溶液由无色变为蓝色（见图1，左图），在652nm处有一吸收峰（见图2）。
实施例3
在0.5mLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入0.2mL3%的过氧化氢、0.2mL浓度为4mmol/L的2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐和100μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液，混合后溶液立即由无色变为绿色（见图1，中间的图片）。
实施例4
在0.5mL磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入0.2mL3%的过氧化氢、0.2mL浓度为4mmol/L的2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐和100μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液，混合后溶液立即由无色变为绿色。
实施例5
在0.5mLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入0.2mL3%的过氧化氢、0.2mL浓度为4mmol/L的邻苯二胺和100μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液，混合后37℃温浴5分钟，溶液由无色变为黄色（见图1，右图的图片）。
实施例6
在100μLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入40μL3%的过氧化氢、40μL浓度为4mmol/L的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸和20μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液混合后37℃温浴，间隔5分钟测定一次紫外可见吸收光谱图（见图2）。
实施例7
溶液A：在100μLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入40μL浓度为4mmol/L的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸和20μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液；溶液B：在120μLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入40μL3%的过氧化氢、40μL浓度为4mmol/L的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸水溶液；溶液C：在140μLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入40μL浓度为4mmol/L的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸和20μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液；将上述A、B、C溶液分别混合后37℃温浴，每间隔30秒测定一次652nm波长处吸光度（见图3），由图3可知，氧化钨量子点材料具有良好的过氧化物酶活性。
实施例8
在0.5mLHAc-NaAc缓冲液（pH3.6，20mmol/L）中依次加入0.2mL3%的过氧化氢、0.2mL浓度为4mmol/L的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸和100μL浓度为10μg/mL的实施例1制得的氧化钨量子点材料水溶液，混合后37℃温浴，间隔不同时间拍一次数码照片（见图4）。
以上所述仅为本发明的典型实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是氧化钨量子点材料具有过氧化物酶特性，其能催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸、2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐或邻苯二胺等显色剂显色。
2.根据权利要求1所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是所述氧化钨量子点材料由以下方法制备的：称取硫化钨，加入二次蒸馏水中制得硫化钨悬浮液浓度为0.1~0.3mg/mL，于超声波清洗器中超声处理，经砂芯漏斗过滤，获得滤饼，再将收集的滤饼重悬于二次蒸馏水中获得溶液，将所得溶液置于高压反应釜中，160℃~240℃下反应，然后冷却至室温，得到水热产物，再将该水热产物经砂芯漏斗过滤，收集滤液，即得到氧化钨量子点溶液，经悬蒸、乙醇分散，离心、真空干燥步骤即得到氧化钨量子点固体粉末。
3.根据权利要求1或2所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸生成蓝色产物，该产物在652nm处有最大吸收峰。
4.根据权利要求1或2所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是催化过氧化氢氧化2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐，产生一种绿色的显色反应。
5.根据权利要求1或2所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是催化过氧化氢氧化邻苯二胺，产生一种黄色的显色反应。
6.根据权利要求2所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是称取硫化钨，加入二次蒸馏水中制得硫化钨悬浮液的浓度优选为0.15mg/mL。
7.根据权利要求2所述的一种氧化钨量子点材料模拟过氧化物酶，其特征是于超声波清洗器中超声处理，经砂芯漏斗过滤，获得滤饼，再将收集的滤饼重悬于二次蒸馏水中获得溶液，将所得溶液置于高压反应釜中，在优选温度为200℃下反应。
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