CN109387508B - 一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法及其用于检测过氧化氢、葡萄糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁性碳管‑二硫化钼纳米酶的制备方法及其用于检测过氧化氢、葡萄糖的方法，包括如下步骤：（1）研磨成粉末得碳化后的多壁碳管；（2）研磨成粉末得氮掺杂的多壁碳管。（3）准确称取六水合三氯化铁和氯化铁溶于去离子水中；（4）向步第一溶液中通20分钟氮气；（5）将第二溶液在加热条件下继续用氮气保护；（6）制得四氧化三铁；（7）称取钼酸铵分散到二甲基甲酰胺中，然后加入水合肼，超声1小时；（8）将第四溶液中加入四氧化三铁和氮掺杂多壁碳管，得到磁性碳管‑二硫化钼纳米酶。通过本发明，磁性碳管‑二硫化钼纳米酶用于检测过氧化氢和葡萄糖，具有灵敏度高、易回收、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法及其用于检测过氧化氢、葡萄糖的方法，还涉及检测过氧化氢和葡萄糖的方法技术。
背景技术
众所周知，过氧化氢在生物合成、宿主防御和细胞信号传导等多种生物过程中发挥着关键作用。以纳米材料为基础的过氧化物酶(纳米酶)来检测过氧化物和葡萄糖已受到广泛的关注。和一些基于光学、电化学和生物电化学的传感方法相比，纳米酶具有成本低、稳定性高、催化活性可调等优点。通过比色法，以纳米材料作为催化剂，催化过氧化氢的氧化，在这一过程中显色剂3，3，5，5'-四甲基联苯胺会转化为氧化态并由无色变成蓝色。
金属氧化物、金属纳米颗粒是常用的“纳米酶”材料。近期，石墨烯氧化物及硫化钼也被报道具有良好的“纳米酶”催化效果。为了使这些材料具有更好的催化效果，制备复合纳米酶是有效途径之一。多壁碳纳米管作为一种碳质材料，来源广，种类丰富，经功能化处理后具有比表面积大、电子转移效率高、化学稳定性好等优良性能，已被广泛应用于光催化、生物传感器、锂电池等领域。硫化钼具有特殊的电催化性能及光催化性能，受到研究者的广泛关注。将多壁碳纳米管与硫化钼复合不仅能够增大材料比表面积，增强材料的催化性能，取得很好的催化效果，与此同时加入磁性四氧化三铁又可以提高复合材料的回收利用率。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种新的磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法及其用于检测过氧化氢、葡萄糖的方法，具体涉及磁性碳管、二硫化钼纳米酶的制备方法及检测过氧化氢和葡萄糖的技术，此纳米酶具有高效检测过氧化氢和葡萄糖的性能。
本发明的目的是这样实现的，一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取多壁碳纳米管，置于石英坩埚中，放于真空管式炉，氮气氛围下，600～800℃高温煅烧2～4小时，研磨成粉末得碳化后的多壁碳管；
(2)将步骤(1)中所得碳化后的多壁碳管置于石英坩埚中，放于真空管式炉，氨气氛围下，800～850℃高温煅烧2～4小时，研磨成粉末得氮掺杂的多壁碳管。
(3)准确称取25～30克六水合三氯化铁和10～15克氯化铁溶于250毫升去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至透明，得到第一溶液；
(4)向步骤(3)中所得的第一溶液中通20分钟氮气，得到第二溶液；
(5)将步骤(4)中所得第二溶液在加热条件下继续用氮气保护，并用玻璃棒搅拌5分钟后，缓慢加入氨水调整混合体系的pH达到8.0，得到第三溶液；
(6)步骤(5)中的第三溶液在60～80℃老化20～40分钟，沉淀物通过外部磁场分离，用乙醇、超纯水分别洗涤，然后通过外部磁场分离，60℃烘干，得到四氧化三铁；
(7)称取150～200毫克钼酸铵分散到60～80毫升二甲基甲酰胺中，然后加入0.5～1毫升水合肼，超声1小时，得到第四溶液；
(8)将步骤(7)中所得第四溶液中加入0.1～0.5克经步骤(6)得到的四氧化三铁和0.1～0.2克经步骤(2)得到的氮掺杂多壁碳管，超声分散均匀后转移至100毫升聚四氟乙烯反应釜中180～200℃反应10～12小时，得到的产物用超纯水和乙醇离心冲洗，80℃干燥，得到氮掺杂多壁碳管-四氧化三铁-硫化钼纳米复合物，即磁性碳管-二硫化钼纳米酶。
步骤(1)中，所述煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～4小时。
步骤(2)中，所述煅烧温度为700-800℃，升温速率为2～5℃/min，煅烧时间为2～4小时。
步骤(8)中，磁性碳管-二硫化钼纳米酶中，四氧化三铁、氮掺杂多壁碳管和二硫化钼质量比为(1～3)：1：1。
一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测过氧化氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将磁性碳管-二硫化钼纳米酶分散到水中,配制磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液；
b)加磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、固定浓度的显色剂及不同浓度的过氧化氢于醋酸-醋酸钠缓冲溶液中，培养；
c)利用分光光度计测定步骤b)得到混合液中过氧化氢的浓度。
所述磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液浓度为1～5毫克/升,反应体系由10微升1～5毫克/升磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、10微升不同浓度的过氧化氢、250微升1～2毫摩尔/升的显色剂和730微升0.1摩尔/升的醋酸盐缓冲溶液组成，溶液pH为3～5，培养温度为30～50℃，培养时间为10～20分钟。
一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测葡萄糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)加入葡萄糖氧化酶及不同浓度的葡萄糖于磷酸盐缓冲溶液中，培养；
b)将磁性碳管-二硫化钼纳米酶分散到水中,配制磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液，加磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、固定浓度的显色剂及醋酸-醋酸钠缓冲溶液于步骤a)得到的溶液中，培养；
c)利用分光光度计测定步骤b)得到混合液中葡萄糖的浓度。
用于检测葡萄糖时，葡萄糖氧化酶浓度为0.1～0.5毫克/升，磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01～0.1摩尔/升，pH为3.5～6.5，培养温度为30～60℃，培养时间为20～30分钟。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：
①步骤(1)中煅烧温度、时间和升温速率必须控制在合适的范围内才能使多壁碳纳米管中不稳定物质完全分解，促进多壁碳纳米管碳化。
②步骤(2)煅烧温度、时间和升温速率必须控制在合适的范围内，才能使氨气充分分解，提供氮源，掺入多壁碳纳米管。
③步骤(8)控制磁性碳管-二硫化钼纳米酶复合材料中四氧化三铁：氮掺杂多壁碳管：二硫化钼质量比约为(1～3)：1：1。硫化钼本身具有良好的催化性能，与掺氮碳管复合利于增大复合材料比表面积，提高材料电子转移效率和化学稳定性，增强材料的催化性能，取得很好的催化效果。而加入磁性四氧化三铁又可以提高复合材料的回收利用率。
④检测葡萄糖的方法是利用葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用可以产生过氧化氢，通过检测过氧化氢浓度进而得到葡萄糖浓度。控制磷酸盐缓冲溶液浓度和pH在一定范围，培养温度为30～60℃，才能够保持葡萄糖氧化酶的最佳活性，使葡萄糖充分氧化产生过氧化氢。本方法用于检测过氧化氢和葡萄糖线性范围广，分别为1-350微摩尔/升和0.5-60微摩尔/升。
本发明涉及一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备与应用。包括如下步骤：将多壁碳管先后在氮气和氨气氛围中高温煅烧，研磨成粉末后得到氮掺杂多壁碳管。将一定量的六水合三氯化铁和氯化铁混合，在氮气保护下，加热搅拌老化并通过外部磁场分离得到磁性纳米四氧化三铁。将氮掺杂多壁碳管和四氧化三铁粉末均匀分散到二硫化钼合成体系中，于高压反应釜中反应若干小时后，离心分离得沉淀物，清洗并烘干过夜，得氮掺杂多壁碳管-四氧化三铁-二硫化钼纳米复合物(简称磁性碳管-二硫化钼纳米酶)。将一定量的磁性碳管-二硫化钼纳米酶加入到含不同浓度过氧化氢和固定显色剂浓度的醋酸-醋酸钠缓冲溶液中，一定pH、温度条件下静置反应，然后采用分光光度法分析磁性碳管-二硫化钼纳米酶对过氧化氢和葡萄糖的检测效果。该磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测过氧化氢和葡萄糖，具有灵敏度高、易回收、成本低等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的磁性碳管-二硫化钼纳米酶复合物的扫描电镜图。
图2为本发明实施例1的磁性碳管-二硫化钼纳米酶复合物的透射电镜图。
图3为本发明中磁性碳管-二硫化钼纳米酶检测过氧化氢时浓度和吸光度的线性关系图。
图4为本发明中磁性碳管-二硫化钼纳米酶检测葡萄糖时浓度和吸光度的线性关系图。
具体实施方式
本发明的一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法，依次包括如下步骤：
实施例1
(1)称取多壁碳纳米管，置于石英坩埚中，放于真空管式炉，氮气氛围下，600℃高温煅烧2小时，研磨成粉末得碳化后的多壁碳管；
(2)将步骤(1)中所得碳化后的多壁碳管，置于石英坩埚中，放于真空管式炉，氨气氛围下，800℃高温煅烧2小时，研磨成粉末得氮掺杂的多壁碳管。
(3)准确称取30克六水合三氯化铁和10克氯化铁溶于250毫升去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至透明，得到第一溶液；
(4)向步骤(3)中所得的第一溶液中通20分钟氮气，得到第二溶液；
(5)将步骤(4)中所得第二溶液在加热条件下继续用氮气保护，并用玻璃棒搅拌5分钟后，缓慢加入氨水调整混合体系的pH达到8.0，得到第三溶液；
(6)步骤(5)中的溶液在70℃老化30分钟，沉淀物通过外部磁场分离，用乙醇、超纯水分别洗涤，然后通过外部磁场分离，60℃烘干，得到四氧化三铁；
(7)称取200毫克钼酸铵分散到80毫升二甲基甲酰胺中，然后加入1毫升水合肼，超声1小时，得到第四溶液；
(8)将步骤(7)中所得第四溶液中加入0.1克四氧化三铁和0.1克氮掺杂的多壁碳管。超声分散均匀后转移至100毫升聚四氟乙烯反应釜中180℃反应10小时，得到的产物用超纯水和乙醇离心清洗，80℃干燥，得到氮掺杂多壁碳管-四氧化三铁-硫化钼纳米复合物(简称磁性碳管-二硫化钼纳米酶)。
图1、图2分别为本实施例制备的磁性碳管-二硫化钼纳米酶复合物的扫描电镜图和透射电镜图。
结合具体实施例进一步说明本发明中一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶检测过氧化氢和葡萄的方法。
实施例2
将实施例1所得磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测过氧化氢，具体过程如下：
(1)将1毫克磁性碳管-二硫化钼纳米酶分散到1毫升水中,配制1毫克/升的磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液；
(2)将10微升1毫克/毫升的磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、10微升不同浓度的过氧化氢溶液、250微升1毫摩尔/升的显色剂和730微升0.1摩尔/升的醋酸盐缓冲溶液混合，溶液pH为4，45℃培养15分钟。
(3)利用分光光度计，在波长652nm下测定步骤(2)得到的混合液吸光度。
图3是本发明中磁性碳管-二硫化钼纳米酶检测过氧化氢时浓度和吸光度的线性关系图。
实施例3
将实施例1所得磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测葡萄糖，具体过程如下：
(1)将20微升10毫克/毫升的葡萄糖氧化酶和100微升不同浓度的葡萄糖混合，溶液pH为5，37℃培养30分钟；
(2)将10微升1毫克/毫升的磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、250微升1毫摩尔/升的显色剂和620微升0.1摩尔/升的醋酸盐缓冲溶液混合，溶液pH为4，45℃培养15分钟。
(3)利用分光光度计，在波长652nm下测定步骤(2)得到的混合液吸光度。
图4是本发明中磁性碳管-二硫化钼纳米酶检测葡萄糖时浓度和吸光度的线性关系图。
以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，例如可以将显色剂浓度，培养温度和时间适当放大。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
Claims (7)
1.一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称取多壁碳纳米管，置于石英坩埚中，放于真空管式炉，氮气氛围下，600~800℃煅烧2~4小时，研磨成粉末得碳化后的多壁碳管；
（2）将步骤（1）中所得碳化后的多壁碳管置于石英坩埚中，放于真空管式炉，氨气氛围下，800~850℃煅烧2~4小时，研磨成粉末得氮掺杂的多壁碳管；
（3）称取25~30克六水合三氯化铁和10~15克氯化铁溶于250 毫升去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至透明，得到第一溶液；
（4）向步骤（3）中所得的第一溶液中通20分钟氮气，得到第二溶液；
（5）将步骤（4）中所得第二溶液在加热条件下继续用氮气保护，并用玻璃棒搅拌5分钟后，缓慢加入氨水调整pH达到8.0，得到第三溶液；
（6）步骤（5）中的第三溶液在60~80℃老化20~40分钟，沉淀物通过外部磁场分离，用乙醇、超纯水分别洗涤，然后通过外部磁场分离，60℃烘干，得到四氧化三铁；
（7）称取150~200毫克钼酸铵分散到60~80毫升二甲基甲酰胺中，然后加入0.5~1毫升水合肼，超声1小时，得到第四溶液；
（8）将步骤（7）中所得第四溶液中加入0.1~0.5克经步骤（6）得到的四氧化三铁和0.1~0.2克经步骤（2）得到的氮掺杂多壁碳管，超声分散均匀后转移至100毫升聚四氟乙烯反应釜中180~200℃反应10~12小时，得到的产物用超纯水和乙醇离心冲洗，80℃干燥，得到氮掺杂多壁碳管-四氧化三铁-二硫化钼纳米复合物，即磁性碳管-二硫化钼纳米酶。
2.根据权利要求1所述的一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述升温速率为2~5℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶的制备方法，其特征在于，步骤（8）中，磁性碳管-二硫化钼纳米酶中，四氧化三铁、氮掺杂多壁碳管和二硫化钼质量比为（1~3）：1：1。
4.一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测过氧化氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将如权利要求1的制备方法得到的磁性碳管-二硫化钼纳米酶分散到水中,配制磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液；
b)加磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、固定浓度的显色剂及不同浓度的过氧化氢于醋酸-醋酸钠缓冲溶液中，培养；
c)利用分光光度计测定步骤b)得到混合液中过氧化氢的浓度。
5.根据权利要求4所述的一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测过氧化氢的方法，其特征在于，所述磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液浓度为1~5 毫克/升,反应体系由10微升1~5毫克/升磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、10微升不同浓度的过氧化氢、250微升1毫摩尔/升的显色剂和730微升0.1 摩尔/升的醋酸盐缓冲溶液组成，溶液pH为3~5，培养温度为30~50℃，培养时间为10~20分钟。
6.一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测葡萄糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)加入葡萄糖氧化酶及不同浓度的葡萄糖于磷酸盐缓冲溶液中，培养；
b) 将如权利要求1的制备方法得到的磁性碳管-二硫化钼纳米酶分散到水中,配制磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液，加磁性碳管-二硫化钼纳米酶悬浮液、固定浓度的显色剂及醋酸-醋酸钠缓冲溶液于步骤a）得到的溶液中，培养；
c)利用分光光度计测定步骤b）得到混合液中葡萄糖的浓度。
7.根据权利要求6所述的一种磁性碳管-二硫化钼纳米酶用于检测葡萄糖的方法，其特征在于，用于检测葡萄糖时，葡萄糖氧化酶浓度为0.1~0.5毫克/升，磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01~0.1摩尔/升，pH 为3.5～6.5，培养温度为30~60℃，培养时间为20~30分钟。
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