CN107999128B - 一种嗜碱性模拟酶及其制备方法与应用 - Google Patents

一种嗜碱性模拟酶及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种嗜碱性模拟酶及其制备方法与应用。通过将三聚氰胺水溶液和钯盐水溶液预先混合，三聚氰胺分子通过静电作用力与钯离子结合，再加入还原剂，搅拌，生成嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯，即得所述的嗜碱性模拟酶。本发明的制备方法合成条件简单，原料价格低廉，易被商业开发。所制得的嗜碱性模拟酶在极碱性pH条件下具有很好的过氧化物酶活性，且在水中的分散度很好，在污染物处理、极端碱性条件下检测等诸多领域具有广泛且良好的应用前景。

Description

一种嗜碱性模拟酶及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于纳米技术和模拟酶领域，特别涉及一种嗜碱性模拟酶及其制备方法与应用。
背景技术
在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物，极端微生物能产生极端酶，能在极端环境下行使功能，极大地拓展酶的应用空间，是建立高效率、低成本生物技术加工过程的基础，极端酶研究与应用将是取得现代生物技术优势的重要途径，其在环境整治和工业生产方面应用潜力极大。纳米材料模拟酶由于具有很好的酸、碱和高温稳定性，成本低廉，合成简单，可大量制备，受到很多领域专家的关注和研究。常见的纳米材料模拟酶有金属氧化物纳米颗粒、贵金属纳米颗粒、碳基纳米材料、复合纳米材料等，但是这些模拟酶(如现有技术CN105798324A)很难在极端碱性条件下发挥催化活性，因此，利用纳米技术合成能在极端环境下具有高催化活性的纳米材料模拟酶对极端模拟酶技术的发展具有很重要的意义。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种嗜碱性模拟酶的制备方法。利用三聚氰胺参与钯纳米颗粒的合成，解决了现有模拟酶不能在极端碱性条件下发挥催化活性的问题。
本发明的另一目的在于提供通过所述的制备方法制备得到的嗜碱性模拟酶。
本发明的又一目的在于提供所述的制备方法或所述的嗜碱性模拟酶的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种嗜碱性模拟酶的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将三聚氰胺水溶液和钯盐水溶液预先混合，得到混合溶液；
(2)在步骤(1)得到的混合溶液中加入还原剂，搅拌，即得所述的嗜碱性模拟酶。
步骤(1)中所述的三聚氰胺水溶液的浓度优选为0.01～10mmol/L；进一步优选为0.05～10mmol/L；更进一步优选为为0.01mmol/L、0.05mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L或5mmol/L、10mmol/L。
步骤(1)中所述的钯盐优选为氯化钯。
步骤(1)中所述的钯盐水溶液的浓度优选为0.01～100mmol/L；进一步优选为0.1～100mmol/L；更进一步优选为0.01mmol/L、0.05mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、50mmol/L或100mmol/L。
步骤(2)中所述的还原剂的浓度优选为0.1～100mmol/L，进一步优选为10～100mmol/L；更进一步优选为0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、50mmol/L或100mmol/L。
步骤(2)中所述的还原剂优选为柠檬酸钠、硼氢化钠、硼氢化钾、抗坏血酸中的一种或至少两种。
步骤(2)中所述的搅拌的时间优选为1～48h；进一步优选为1～30h；更进一步优选为1h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h或48h。
步骤(2)中所述的搅拌的温度优选为0～100℃；进一步优选为20～90℃；更进一步优选为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃。
通过所述的嗜碱性模拟酶的制备方法制备得到的嗜碱性模拟酶，所述的嗜碱性模拟酶在pH 4～12范围具有很高的催化活性。
所述的嗜碱性模拟酶可用于下述任一种的应用：
(1)污染物处理；
(2)极碱性条件下检测；
(3)工业生产。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1.本发明的制备方法操作简便
本发明提供的制备方法中，将三聚氰胺溶液与钯盐水溶液预先混合，三聚氰胺分子通过静电作用力与钯离子结合，在还原剂的作用下，生成钯金属纳米颗粒，所得到的三聚氰胺分子保护的钯金属纳米颗粒在极碱性pH条件下具有很好的过氧化物酶活性。该材料合成条件温和简便，原料价格低廉，易被商业开发。本发明的嗜碱性金属纳米颗粒材料还可以应用于污染物处理、极碱性条件下检测、工业生产等诸多领域，有广泛的应用前景。
2.本发明的模拟酶性能突出
本发明通过静电作用力将钯离子与三聚氰胺分子结合，在还原剂的作用下，得到嗜碱性的三聚氰胺保护的钯纳米颗粒，该纳米材料在pH 9～12范围内也有高的类过氧化物酶催化活性，且在水中的分散度很好，这是CN105798324A中三聚氰胺氰尿酸氢键自组装结构负载的金属纳米颗粒不具备的性质，这种性能也从未在其它纳米材料中显现。
附图说明
图1是实施例1制备得到的嗜碱性模拟酶的透射电镜照片图。
图2是实施例1制备得到的嗜碱性模拟酶在不同pH条件下催化不同浓度H2O2的结果照片图。
图3是实施例1制备得到的嗜碱性模拟酶和对比例1制得的三聚氰胺氰尿酸超分子结构负载的纳米钯在不同pH条件下的相对催化反应活性结果分析图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1嗜碱性模拟酶的制备
将100mL三聚氰胺(10mmol/L)与1mL氯化钯水溶液(50mmol/L)预先混合，再加入5mL柠檬酸钠(50mmol/L)，50℃温度下搅拌2小时，得到嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯(即嗜碱性模拟酶)的水溶液。
用日本透射电子显微镜(JEM-2100F)检测本实施例制得嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯的形貌。如图1所示，结果表明本实施例制备的嗜碱性纳米钯形貌为超小纳米颗粒。
实施例2嗜碱性模拟酶的制备
将100mL三聚氰胺(5mmol/L)水溶液和1mL氯化钯水溶液(50mmol/L)预先混合，再加入5mL柠檬酸钠(50mmol/L)，50℃温度下搅拌2小时，得到嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯的水溶液。
实施例3嗜碱性模拟酶的制备
将100mL三聚氰胺(1mmol/L)水溶液和1mL钯盐(氯化钯)水溶液(10mmol/L)预先混合，再加入5mL柠檬酸钠(50mmol/L)，50℃温度下搅拌2小时，得到嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯的水溶液。
实施例4嗜碱性模拟酶的制备
将100mL三聚氰胺(0.5mmol/L)水溶液和1mL钯盐水溶液(100mmol/L)预先混合，再加入5mL柠檬酸钠(100mmol/L)，80℃温度下搅拌1小时，得到嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯的水溶液。
实施例5嗜碱性模拟酶的制备
将100mL三聚氰胺(0.5mmol/L)水溶液和1mL钯盐水溶液(10mmol/L)预先混合，再加入2mL硼氢化钠(10mmol/L)，90℃温度下搅拌1小时，得到嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯的水溶液。
实施例6嗜碱性模拟酶的制备
将100mL三聚氰胺(0.05mmol/L)水溶液和1mL钯盐水溶液(0.1mmol/L)预先混合，再加入5mL抗坏血酸(10mmol/L)，20℃温度下搅拌30小时，得到嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯的水溶液。
对比例1
在100mL三聚氰胺(10mmol/L)与氰尿酸(10mmol/L)氢键超分子自组装混合液中分别加入1mL氯化钯水溶液(50mmol/L)和5mL柠檬酸钠(50mmol/L)，50℃温度下搅拌2小时，得到三聚氰胺氰尿酸超分子结构负载的纳米钯的水溶液。
效果实施例嗜碱性过氧化物模拟酶活性测定
取0.05g实施例1制备得的嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯的水溶液，超声分散在10mL的水中，取0.1mL的上述溶液加入到0.9mL不同pH的缓冲体系(包括0.05mol/L Tris-Ac、1mmol/L 2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS))中，加入不同浓度的H2O2(浓度依次为0μM，1μM，5μM，10μM，20μM，50μM，80μM，100μM，150μM，200μM)，用紫外吸收光谱测定溶液在420nm处的吸光度，吸光度越大，催化效果越好。
如图2所示，三聚氰胺保护的纳米钯在pH 7～12范围可以催化不同浓度的H2O2。
以同样方法测定对比例1制得的三聚氰胺氰尿酸超分子结构负载的纳米钯的催化活性。结果如图3所示，与三聚氰胺氰尿酸超分子结构负载的纳米钯对比(两种材料钯质量浓度相同)，实施例1制得的嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯颗粒在pH4～12范围具有很高的催化活性。
以同样的方法对实施例2～4所制得的嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯进行过氧化物模拟酶活性测试，嗜碱性模拟酶在pH 4～12的催化效果与实施例1相似，所得的结果也类似于实施例1。
对比例2
将100mL三聚氰胺(10mmol/L)与1mL金盐(氯化金)水溶液(50mmol/L)预先混合，再加入5mL柠檬酸钠(50mmol/L)，50℃温度下搅拌2小时，得到三聚氰胺保护纳米金的水溶液。
与实施例1制得的嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯颗粒在pH 4～12范围进行对比，两种材料金属的质量浓度相同，发现三聚氰胺保护纳米金在pH 4～8范围有催化活性，pH 9～12范围内没有催化活性，而实施例1制得的嗜碱性三聚氰胺保护纳米钯在pH 4～12范围有催化活性。
本发明除了pH范围较包括专利文献CN105798324A在内的现有技术的模拟酶有了进一步拓宽外，产品外观与现有技术也不一样。CN105798324A所得到的复合型纳米材料水溶性很差，很容易聚集，而本发明所得的是三聚氰胺保护的钯纳米，在水中的分散度很好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)将三聚氰胺水溶液和钯盐水溶液预先混合，得到混合溶液；
(2)在步骤(1)得到的混合溶液中加入还原剂，搅拌，即得所述的嗜碱性模拟酶。
2.根据权利要求1所述的嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的钯盐为氯化钯。
3.根据权利要求1所述的嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的三聚氰胺水溶液的浓度为0.01～10mmol/L。
4.根据权利要求1所述的嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的钯盐水溶液的浓度为0.01～100mmol/L。
5.根据权利要求1所述的嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的还原剂的浓度为0.1～100mmol/L。
6.根据权利要求1所述的嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的还原剂为柠檬酸钠、硼氢化钠、硼氢化钾、抗坏血酸中的一种或至少两种。
7.根据权利要求1所述的嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的三聚氰胺水溶液的浓度为0.05～10mmol/L；
步骤(1)中所述的钯盐水溶液的浓度为0.1～100mmol/L。
8.根据权利要求1所述的嗜碱性模拟酶的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的搅拌的时间为1～48h；
步骤(2)中所述的搅拌的温度为0～100℃。
9.一种嗜碱性模拟酶，其特征在于：
通过权利要求1～8任一项所述的嗜碱性模拟酶的制备方法制备得到。
10.权利要求1～8任一项所述的嗜碱性模拟酶的制备方法或权利要求9所述的嗜碱性模拟酶的应用，其特征在于，所述的应用选自下述任一项：
(1)污染物处理；
(2)极碱性条件下检测。
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