CN106290187A - 一种Fe2(MoO4)3模拟酶材料 - Google Patents

一种Fe2(MoO4)3模拟酶材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Fe2(MoO4)3模拟酶材料，该材料为具有花状结构的Fe2(MoO4)3，直径为5～15μm。本发明还公开了该材料的制备方法及其作为过氧化物酶的应用。本发明所述材料具有良好的模拟过氧化物酶催化性能，其制备方法工艺简单、易于控制、成本低廉。

Description

一种Fe2(MoO4)3模拟酶材料
技术领域
本发明涉及一种Fe2(MoO4)3模拟酶材料及其制备方法和应用，属于模拟酶领域。
背景技术
过氧化物酶(Horseradish peroxidase，简称HRP)是由微生物或植物所产生的一类氧化还原酶，是以过氧化氢为电子受体催化底物氧化的酶，常被用于进行过氧化氢检测。然而作为天然酶，过氧化物酶也是一种具有超分子结构的蛋白质，虽然它能够在温和的条件下高效、专一地催化各种生化反应，但是却对热、酸、碱不稳定，结构易发生变化而失去催化活性。而且，过氧化物酶由于在生物体内产生，往往含量都很低，所以很难通过分离纯化大量获取，因此导致过氧化物酶的提纯工艺复杂、成本高，大大限制了其应用范围(Wang etal.,Microchim.Acta 182(2015)1733-1738)。因此，合成在化学结构、催化效率、特异性和选择性上与天然过氧化物酶相似的模拟酶受到了研究者的广泛关注。
由于纳米材料在尺寸、形状以及表面电荷方面与天然酶具有一定的相似之处，且其比表面积大、表面活化中心多，催化活性和催化效率都大大增强。因此，纳米材料模拟酶的研究进展迅速。自从Gao等(Gao et al.,Nat.Nanotechnol.2(2007)577-583)第一次发现了Fe3O4纳米粒子具有过氧化物模拟酶特性，研究者对于纳米材料模拟过氧化物酶进行了广泛的研究，并开发出许多新型纳米材料过氧化物模拟酶，比如AgVO3(Xiang et al.,Microchim.Acta 183(2016)457-463)、BiOI(Juet al.,RSC Adv.6(2016)17483-17493)、Fe3H9(PO4)6·6H2O(Zhang et al.,ACS Appl.Mater.Interfaces 6(2014)14433-14438)、FeVO4(Yu et al.,Sensor.Actuat.B:Chem.233(2016)162-172)等。
然而，目前所报道的纳米材料模拟酶在制备成本、分离纯化、重复利用性和稳定性等方面还有待进一步提高，因此亟需开发具有高效、稳定、易回收、成本低等特点的新型模拟酶材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Fe2(MoO4)3模拟酶材料及其制备方法和应用。本发明通过水热合成法制备了具有花状结构的Fe2(MoO4)3，该材料具有良好的模拟过氧化物酶催化性能，可以对H2O2进行快速检测，在免疫分析等领域具有潜在的应用前景。同时该材料具有制备方法简单易行、价格低廉和重复性好等特点。
本发明的模拟酶材料，是具有花状结构的Fe2(MoO4)3，直径为5～15μm。
上述Fe2(MoO4)3模拟酶材料的制备方法如下：
将Fe(NO3)3·9H2O溶于超纯水中得溶解液A；同时将Na2MoO4·7H2O溶于超纯水中得溶解液B；然后将上述溶解液B在搅拌条件下逐滴滴加到上述溶解液A中得悬浮液，调节悬浮液pH值为3，之后继续搅拌10～60min；搅拌结束后，将混合液进行热处理；反应结束后，将混合液冷却至室温，经过抽滤、洗涤后40～80℃干燥2～10h即得本发明的模拟酶材料。
所述Fe(NO3)3·9H2O与Na2MoO4·7H2O的摩尔比为1:1～2。
所述调节悬浮液pH值采用浓度为1.0～5.0mol/L的NH3·H2O或NaOH溶液。
所述热处理的条件：温度为120～200℃，时间为6～24h。
本发明的Fe2(MoO4)3模拟酶材料用于对底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺进行催化氧化，实现对H2O2的快速检测。
本发明的Fe2(MoO4)3模拟酶材料对H2O2的的检测方法，其一种操作如下：依次向离心管中加入磷酸盐缓冲液(PBS)、H2O2溶液、TMB的乙醇溶液和Fe2(MoO4)3模拟酶分散液，反应7min后观察溶液颜色变化，并记录400～800nm下的紫外可见吸收光谱；所述Fe2(MoO4)3 终浓度为300μg/mL；所述H2O2终浓度为2.0mmol/L；所述TMB终浓度为0.8mmol/L。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过简单的水热合成法制备Fe2(MoO4)3模拟酶材料，制备工艺简单、易于控制、成本低廉。
(2)本发明制备的Fe2(MoO4)3模拟酶材料具有花状结构，比表面积较大，易于回收和重复利用。
(3)本发明制备的Fe2(MoO4)3模拟酶材料具有良好的模拟过氧化物酶催化性能，可以通过比色法快速检测H2O2，并且具有良好的稳定性和重复利用性，在免疫分析等领域具有潜在应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Fe2(MoO4)3模拟酶材料的XRD图谱。
图2为本发明实施例1制备的Fe2(MoO4)3模拟酶材料的FESEM照片。
图3为本发明实施例1制备的Fe2(MoO4)3模拟酶材料模拟过氧化物酶反应体系的紫外可见吸收光谱图。
图4为本发明实施例1制备的Fe2(MoO4)3模拟酶材料重复进行10次模拟酶反应后的吸光度值。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明，有助于本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1花状Fe2(MoO4)3的制备
通过水热合成法制备。将1.0mmol Fe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将1.5mmolNa2MoO4·7H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用2.0mol/L NaOH溶液调节悬浮液的pH为3， 之后继续搅拌30min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，180℃下反应12h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60℃干燥6h，可得到具有花状结构的Fe2(MoO4)3，尺寸约为10μm，记为Fe2(MoO4)3-F(参见图1-2)。
图1为实施例1所制备样品的XRD图谱。由图可知，所有衍射峰的位置与标准卡片JCPDS No.35-0183完全吻合，均归属于单斜晶系Fe2(MoO4)3，而且没有出现任何杂质相，可以确定实施例1制备的样品为纯的单斜相Fe2(MoO4)3。此外，由图可知，样品的衍射峰强度较大，衍射峰较尖，说明所制备的Fe2(MoO4)3-F具有较好的结晶度。图2为实施例1所制备样品的FESEM照片，由图可见，所制备的Fe2(MoO4)3-F为花状结构，尺寸约为10μm，是由许多长度约为2μm、宽度约为200nm的纳米带组装而成，这种纳米带结构组装而成的花状结构将具有较大的比表面积。
实施例2花状Fe2(MoO4)3的制备
通过水热合成法制备，与实施例1不同之处在于，控制水热反应时间为16h。将1.0mmol Fe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将1.5mmolNa2MoO4·7H2O溶于30mL超纯水中，加热至80℃并进行磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用3.0mol/LNaOH溶液调节悬浮液的pH为3，之后继续搅拌60min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，180℃下反应16h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60℃干燥6h，可得到具有花状结构的Fe2(MoO4)3。
实施例3：花状Fe2(MoO4)3的制备
通过水热合成法制备，与实施例1不同之处在于，控制水热反应温度为160℃。将2.0mmol Fe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将3.5mmolNa2MoO4·7H2O溶于30mL超纯水中，加热至80℃并进行磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用2.0mol/LNH3·H2O溶液调节悬浮液的pH为3，之后继续搅拌30min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，160℃下反应12h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60℃干燥6h，可得到具有花状结构的Fe2(MoO4)3。
实施例4：Fe2(MoO4)3模拟过氧化物酶
取1个1.5mL离心管，加入400μL 50mmol/L的磷酸盐缓冲液(PBS，pH＝4.0)、200μL10mmol/LH2O2溶液和100μL 8mmol/LTMB的乙醇溶液，然后加入300μL实施例1制备的Fe2(MoO4)3-F分散液(1.0mg/mL)，反应7min后观察溶液变化，并记录400～800nm下的紫外可见吸收光谱(参见图3)。
图3是四种反应体系对应的紫外可见吸收光谱图，652nm是氧化态TMB的特征吸收峰。由图可见，H2O2+Fe2(MoO4)3、TMB+Fe2(MoO4)3和TMB+H2O2三个体系几乎没有吸收峰，而TMB+H2O2+Fe2(MoO4)3体系在652nm处有明显的吸收峰，且峰形较好。此外，通过观察H2O2+Fe2(MoO4)3、TMB+Fe2(MoO4)3和TMB+H2O2三个体系的颜色，发现三个体系的颜色均为无色透明，未发生明显变化，而TMB+H2O2+Fe2(MoO4)3体系中溶液出现明显的蓝色，说明Fe2(MoO4)3在H2O2的存在下催化氧化TMB生成了蓝色氧化物。结果表明，本发明制备的花状Fe2(MoO4)3材料具有良好的模拟过氧化物酶催化活性，是一种过氧化物模拟酶材料，在H2O2存在下可以催化氧 化TMB生成蓝色氧化物，通过这种显色反应可以实现快速检测H2O2，在生物免疫分析和环境检测等领域具有潜在应用前景。
实施例5：Fe2(MoO4)3重复应用于模拟过氧化物酶
将实施例4中所用的Fe2(MoO4)3材料离心回收，分别用超纯水和无水乙醇多次洗涤，经60℃干燥后按照实施例4中的步骤进行下一次模拟酶反应，连续进行10次，保持其他条件不变。结果如图4所示，在连续进行10次模拟酶实验后，反应体系的吸光度值并未出现明显减小，溶液颜色仍呈现明显的蓝色，显示出Fe2(MoO4)3模拟酶材料良好的重复利用性和稳定性。

Claims (9)

1.一种模拟酶材料，其特征在于，所述的模拟酶材料是具有花状结构的Fe2(MoO4)3，其直径为5～15μm。
2.权利要求1所述的模拟酶材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下的步骤：
将Fe(NO3)3·9H2O溶于超纯水中得溶解液A；同时将Na2MoO4·7H2O溶于超纯水中得溶解液B；然后将上述溶解液B在搅拌条件下逐滴滴加到上述溶解液A中得悬浮液，调节悬浮液pH值为3，之后继续搅拌10～60min；搅拌结束后，将混合液进行热处理；反应结束后，将混合液冷却至室温，经过抽滤、洗涤后40～80℃干燥2～10h即得模拟酶材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的Fe(NO3)3·9H2O与Na2MoO4·7H2O的摩尔比为1:1～2。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的调节悬浮液pH值是使用浓度为1.0～5.0mol/L的NH3·H2O或NaOH溶液。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的热处理的温度为120～200℃，时间为6～24h。
6.权利要求1所述的模拟酶材料在检测H2O2中的应用。
7.一种对H2O2的的检测方法，其特征在于，所述的方法是依次向反应容器中加入磷酸盐缓冲液、待检测的样品溶液、TMB的乙醇溶液和权利要求1所述的模拟酶材料分散液，反应后观察溶液颜色变化，并记录400～800nm下的紫外可见吸收光谱。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的模拟酶材料的终浓度为300μg/mL。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的TMB终浓度为0.8mmol/L。
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