CN112827482A - 一种碳量子点过氧化物模拟酶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，将丙氨酸和二次水混合溶解，进行水热反应，即得碳量子点过氧化物模拟酶。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳量子点过氧化物模拟酶及其制备方法，属于碳量子点制备技术领域。
背景技术
碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)是一种以碳为骨架，类似球形的纳米材料。CQDs具有优良的荧光特性、紫外吸收以及光致发光等光学性能，优异的生物相容性和低毒性，且尺寸较小，常常作为荧光探针用于细胞、活体成像和示踪等方面的研究。
过氧化物酶是以铁卟啉为辅基的氧化还原酶，在动植物和微生物中广泛存在，可有效催化多种氧化物或过氧化物氧化其它物质。过氧化物酶不仅参与多种生理反应，还是临床检验中最常用的酶，广泛应用于多个生化检测项目和各种免疫试剂盒。然而，作为一种天然酶，过氧化物酶在非生理条件下，特别是工业条件(如高温、高压、极端pH、重金属和有机溶剂等)中，容易受到多种物理、化学因素的影响，而发生结构变化导致其失去催化活性；另外，过氧化物酶在生物体内的含量很低，故分离纯化难、成本高、价格贵，从而大大限制了其实际应用。因此，研究和开发具有稳定性高、成本低的人工模拟酶来代替过氧化物酶已经成为多学科交叉的研究热点。近年来，人们已经在人工模拟酶领域取得了显著的成绩，开发了许多具有过氧化物催化活性的人工模拟酶，如卟啉类模拟酶、氯化血红素/G-四链体DNA过氧化物模拟酶、分子印迹聚合物模拟酶等。除此之外，具有过氧化物模拟酶催化活性的纳米材料，也引起了研究者极大的兴趣，诸如碳基纳米材料、金属纳米材料和金属氧化物纳米材料等都展现出不俗的过氧化物模拟酶催化活性，在生物、医药、环境等方面应用广泛。
但是现有技术中还没有利用碳量子点制备的过氧化物模拟酶。
发明内容
本发明提供了一种碳量子点过氧化物模拟酶及其制备方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
一种碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，将丙氨酸和二次水混合溶解，进行水热反应，即得碳量子点过氧化物模拟酶。
作为进一步改进的，所述丙氨酸在二次水中的浓度为0.05～0.1mg/mL。
作为进一步改进的，所述水热反应的温度为180～220℃。
作为进一步改进的，所述水热反应的时间为10～14h。
作为进一步改进的，所述水热反应后还进行冷却和过滤。
一种上述的碳量子点过氧化物模拟酶。
本发明的有益效果是：
本发明制备的过氧化物模拟酶，能够以过氧化氢存在为前提，4-氨基安替比林作为基质，催化苯酚类物质生反应并生成有色醌类物质，可以实现对苯酚类物质快速灵敏的检测。
本发明制备的过氧化物模拟酶的抗干扰能力强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的丙氨酸-CQDs的荧光和紫外-可见吸收光谱图。
图2是本发明实施例1提供的丙氨酸-CQDs的TEM图。
图3是本发明实施例2提供的邻苯二酚(左)、对苯二酚(中)和间苯二酚(右)在碳点催化下与4-氨基安替吡啉反应产物的照片图。
图4是本发明对比例1提供的不同pH对体系吸光值影响图。
图5是本发明对比例2提供的不同温度对体系吸光值影响图。
图6是本发明对比例3提供的反应时间对体系吸光值的影响图。
图7是本发明对比例4提供的不同4-氨基安替吡啉浓度对体系吸光值的影响图。
图8是本发明对比例5提供的不同H2O2浓度对体系吸光值的影响图。
图9是本发明对比例6提供的不同CQDs浓度对体系吸光值的影响图。
图10是本发明实施例提供的检测邻苯二酚的的线性相关图。
图11是本发明实施例提供的检测对苯二酚的线性相关图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例提供一种碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，将丙氨酸和二次水混合溶解，进行水热反应，即得碳量子点过氧化物模拟酶。
作为进一步改进的，所述丙氨酸在二次水中的浓度为0.05～0.1mg/mL。
作为进一步改进的，所述水热反应的温度为180～220℃。
作为进一步改进的，所述水热反应的时间为10～14h。
作为进一步改进的，所述水热反应后还进行冷却和过滤。
一种上述的碳量子点过氧化物模拟酶。
实施例1
称取0.0264g L-丙氨酸于反应釜中，加入34mL的二次水，搅拌至完全溶解，得到0.078mg/mL的丙氨酸溶液，放入烘箱中,在200℃条件下反应12小时，冷却后并将其过滤，最后移至50ml离心管当中，即得到丙氨酸-CQDs。将合成的丙氨酸-CQDs进行光谱及透射电镜的表征，在紫外光照射下，发出明亮的蓝色荧光，如图1和图2所示。由图1可知，丙氨酸-CQDs在338nm的条件下进行激发，其发射波长为408nm。由图2的TEM图可知，丙氨酸碳点分布均匀，粒径大小均一，平均粒径为2nm左右。
实施例2
本实施例以4-氨基安替吡啉作为过氧化物酶基质，在过氧化氢存在条件下用实施例1合成的丙氨酸-CQDs催化苯二酚类物质发生催化反应。具体实验测定过程:首先在比色皿中加入1000μL 200mg/L的4-氨基安替比林和20μL的4.9mmol/L H2O2水溶液，再加入一定体积的分析物(邻、间、对苯二酚)，然后加入2.0mL pH＝8.5的Tris-HCl缓冲溶液,最后加入一定体积的二次蒸馏水,保持比色皿反应前后的总体积为3070μL,将比色皿置于恒温保温装置(35℃)恒温反应60秒，然后在比色皿中快速加入30μL的合成的丙氨酸-CQDs，使得比色皿中反应物的总体积为3.1mL，在35℃下反应20min，最后记录其吸光值。
本实施例以4-氨基安替吡啉作为反应基质，苯酚类物质与4-氨基安替吡啉反应生成苯醌类有色物质。其机理为丙氨酸-CQDs催化过氧化氢生成羟基自由基，羟基自由基提供电子给酚类物质生成酚羟基自由基，酚羟基自由基快速的与4-氨基安替吡啉芳香环上的氨基结合发生开环反应，生成有色产物醌。不同的苯二酚对应产物有所不同，实验反应二十分钟后可以清楚的看到邻苯二酚、对苯二对应的颜色变化，对应的颜色分别为粉红色、粉橙色(图3)。说明对邻苯二酚的催化效果较强。间苯二酚则没有反应现象，丙氨酸-CQDs对其没有催化效果。
实施例3
水样中与苯二酚类物质共存的物质较多，这些共存物对通常对苯酚类物质的检测有干扰现象，实验采用标准加入方法来测定干扰物。实验用CQDs直接催化标准加入的邻苯二酚的混合物,分别加入不同浓度不同种类可能共存的干扰物质，以测定实验的相对误差小于5％作为衡量共存干扰物的最大限量。实验结果如下表所示。由实验结果可知，醋酸根离子、SO4 2-、NO3-、葡萄糖、Cl-和Br-的浓度大于分析物浓度100倍时对实验结果影响非常小。Ca2+浓度大于分析物浓度50倍时才对实验有影响，Mg2+浓度大于分析物浓度5倍时对实验有影响，Zn2+浓度等于分析物浓度时才对实验有影响。Fe2+、Fe3+、Cu2+、邻氨基苯酚、3-氨基酚这些物质对实验有严重的影响。Fe2+、Fe3+、Cu2+对反应有很大影响，是因为其氧化了苯二酚类化合物，我们在实验前可以用EDTA对其进行掩蔽，氨基苯酚类和甲基苯酚类物质对实验有严重的影响，这归咎于这些酚类化合物与苯二酚有相似的结构和相近的化学性质，但是，这类物质相比于苯二酚来说水溶性较差，实验中我们可以对这类物质采取一些前处理步骤以消除或减少其干扰。
对比例1
选用Tris-HCl缓冲溶液，pH范围从7.1～8.9，其他操作同实施例2。pH是酶催化反应的重要因素，它们直接影响酶催化的速率和抑制酶的活性，同样对模拟酶而言，其影响因素至关重要。所以我们选用Tris-HCl缓冲溶液，pH范围从7.1～8.9，通过实验发现随着pH数值的增加，反映对应的紫外光谱的吸收逐渐增大(图4)。由于考虑到酶适合在温和的条件下进行反应，所以选用最适pH为pH＝8.5的Tris-HCl缓冲溶液。
对比例2
控制反应温度在25-60℃温度范围内，其他操作同实施例2。与pH相同，反应温度也是酶催化反应的重要因素。由图5可知，在25-60℃温度范围内，随着反应温度的升高，其体系的吸光度逐渐增加。选定35℃作为固定温度进行后续实验。所以选择最佳反应温度为35℃。
对比例3
控制不同反应时间，其他操作同实施例2。图6表示的是体系的吸光值随时间的变化，本图是扫描波长400～650nm的吸光值变化，并在30min时间内重复扫描该波段内吸光值。由图6可知，在30min时间内，各个波长吸光值逐渐增加，但是在前段时间吸光值增长速度较快，到后面增长速度趋于平缓，增长缓慢，所以我们选择反应时间为20min。
对比例4
控制不同的4-氨基安替吡啉浓度，其他操作同实施例2。4-氨基安替吡啉为反应基质，测得体系吸光值随其浓度变化如图7。当浓度升高时，吸光值随着也升高，达到某一个值时，吸光值反而降低，说明该物质已经过量。在4-氨基安替吡啉浓度范围是0.190～3.161mmol/L，当4-氨基安替吡啉的加入量为0.316mmol/L时，其吸光度达到最大。
对比例5
控制不同H2O2浓度，其他操作同实施例2。由图8可知，当H2O2浓度增大时，体系吸光值也增加，当达到一定值时，其吸光度开始下降，H2O2过量，本实验探究的H2O2浓度范围为0.015～0.253mmol/L，所以其最适浓度为0.032mmol/L。
对比例6
控制不同丙氨酸-CQDs浓度，其他操作同实施例2。由图9可得，当CQDs浓度增加时，体系吸光值也增加，催化效果增强，当达到某个值时，CQDs过量，吸光值就不再增加，基本趋于平稳。本实验探究CQDs浓度范围为0～0.196mmol/L，我们最后选择的CQDs最佳浓度为0.084mmol/L。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，其特征在于，将丙氨酸和二次水混合溶解，进行水热反应，即得碳量子点过氧化物模拟酶。
2.根据权利要求1所述的碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，其特征在于，所述丙氨酸在二次水中的浓度为0.05～0.1mg/mL。
3.根据权利要求1所述的碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180～220℃。
4.根据权利要求1所述的碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，其特征在于，所述水热反应的时间为10～14h。
5.根据权利要求1所述的碳量子点过氧化物模拟酶的制备方法，其特征在于，所述水热反应后还进行冷却和过滤。
6.一种根据权利要求1至5任一项所述的碳量子点过氧化物模拟酶。
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