CN113336274A - 一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用 - Google Patents
一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113336274A CN113336274A CN202110644335.7A CN202110644335A CN113336274A CN 113336274 A CN113336274 A CN 113336274A CN 202110644335 A CN202110644335 A CN 202110644335A CN 113336274 A CN113336274 A CN 113336274A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- graphitized carbon
- mesoporous
- enzyme
- mesoporous graphitized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 46
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000013082 iron-based metal-organic framework Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 85
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims description 45
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 23
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 claims description 23
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 23
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 23
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- UQLDLKMNUJERMK-UHFFFAOYSA-L di(octadecanoyloxy)lead Chemical compound [Pb+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O UQLDLKMNUJERMK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- 238000011534 incubation Methods 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 10
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- OQIQSTLJSLGHID-WNWIJWBNSA-N aflatoxin B1 Chemical compound C=1([C@@H]2C=CO[C@@H]2OC=1C=C(C1=2)OC)C=2OC(=O)C2=C1CCC2=O OQIQSTLJSLGHID-WNWIJWBNSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 8
- 229910020820 NaAc-HAc Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- GPNNOCMCNFXRAO-UHFFFAOYSA-N 2-aminoterephthalic acid Chemical compound NC1=CC(C(O)=O)=CC=C1C(O)=O GPNNOCMCNFXRAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims description 5
- 239000003547 immunosorbent Substances 0.000 claims description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 claims description 5
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 5
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 claims description 4
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 claims description 4
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 claims description 4
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 claims description 4
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 claims description 4
- 229920001992 poloxamer 407 Polymers 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 claims description 3
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 claims description 3
- 239000000427 antigen Substances 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 229940098773 bovine serum albumin Drugs 0.000 claims description 3
- 229940044631 ferric chloride hexahydrate Drugs 0.000 claims description 3
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 3
- 239000013076 target substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100449517 Arabidopsis thaliana GRH1 gene Proteins 0.000 description 2
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N D-gluconic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 2
- 101100434479 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) AFB1 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000002115 aflatoxin B1 Substances 0.000 description 2
- 229930020125 aflatoxin-B1 Natural products 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003593 chromogenic compound Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 239000007810 chemical reaction solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 description 1
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/08—Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/184—Preparation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明提供了一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用，该Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的制备方法包括步骤：准备Fe‑MOF材料作为前驱体；将所述前驱体置于管式炉中，先在氩气氛围中以3～6℃/min的升温速率升温至400℃，在400℃下煅烧20～30min，煅烧结束后冷却至室温，得到产物A；将所述产物A再在氩气氛围中以2～4℃的升温速率升温至700℃，在700℃下煅烧50～70min，煅烧结束后自然冷却至室温，得到Fe3O4/介孔石墨化碳复合物。本发明的方法制成的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物，可用于构建纳米酶生物传感器，用于检测目标物。另外，本发明的制备方法简易高效，便于操作。
Description
技术领域
本发明涉及高类过氧化物酶纳米材料领域，更具体地，涉及一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用。
背景技术
基于酶促反应的生物传感器一直备受研究者们关注，这类传感器(如酶联免疫吸附)能够对目标物进行直接、选择性和高灵敏测定，且没有副作用。由于天然酶易受环境因素(pH、温度等)影响，制备耗时昂贵且难以储存，故难以作为催化剂应用于大规模生产。在过去的几十年里，人们一直致力于开发可替代天然酶的人工酶。其中，由于过氧化物酶广泛的应用价值，类过氧化物酶的研究最受青睐。
Fe3O4纳米颗粒作为最早发现的类过氧化物酶，八面体中存在Fe(II)/Fe(III)系，得益于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化还原循环本身具有较好的类过氧化物酶活性，同时，它的磁学特性能使得它在外加磁场下易于分离，便于回收。但由于Fe3O4纳米颗粒存在各向异性偶极吸引力容易聚集，分散性变差，导致酶活性降低。近年来，石墨碳载体已被证明存在和Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化还原循环类似的C＝Csp2/C-Csp3氧化还原循环，且具有导电性能，和Fe3O4纳米颗粒存在协同催化作用，是提高类过氧化物酶活性的理想载体。然而，传统的二维石墨碳材料由于相邻纳米片之间的范德华力较强，容易团聚，减少了暴露表面积，阻碍了物质运输，使得催化活性受限。合理设计具有足够比表面积、不易团聚的多孔石墨化碳载体，以获得良好的类过氧化物酶活性加以应用，仍然是一个挑战。
发明内容
基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的制备方法，本发明将利用Fe-MOF材料作为牺牲模板，于特定惰性气体氛围中以特定温度进行煅烧，制备介孔石墨化碳负载Fe3O4(Fe3O4/介孔石墨化碳)复合物，实现Fe3O4纳米颗粒的均匀分散和介孔碳载体的高度石墨化，可满足纳米酶生物传感器中高催化活性的类过氧化物酶的需求。MOFs由含金属的节点和有机配体构成，有利于在热解过程中形成稳定且不易团聚的碳载体和均匀分散的纳米颗粒。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备Fe-MOF材料作为前驱体；
S2、将所述前驱体置于管式炉中，先在氩气氛围中以3～6℃/min的升温速率升温至400℃，在400℃下煅烧20～30min，煅烧结束后冷却至室温，得到产物A；
S3、将所述产物A再在氩气氛围中以2～4℃的升温速率升温至700℃，在700℃下煅烧50～70min，煅烧结束后自然冷却至室温，得到Fe3O4/介孔石墨化碳复合物。
在一些实施方式中，所述Fe-MOF材料的制备方法包括以下步骤：
将可溶性铁盐溶于超纯水中形成溶液，在该溶液中加入2-氨基对苯二甲酸，混合均匀；接着加入表面活性剂，再加入醋酸溶液，得到混合溶液；将得到的混合溶液置于反应容器中在120℃下反应，得到Fe-MOF材料。
在一些实施方式中，所述Fe-MOF材料的制备方法包括以下步骤：
将六水合氯化铁溶于超纯水中形成溶液，在该溶液中加入2-氨基对苯二甲酸，混合均匀；接着加入Pluronic F127，再加入醋酸溶液，搅拌均匀；将得到的混合溶液置于反应容器中在120℃下反应，得到Fe-MOF材料。
本发明的目的之二在于提供上述任一实施方式制成的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物，该复合物由Fe3O4纳米颗粒和高度石墨化的介孔碳组成，所述Fe3O4纳米颗粒均匀地分散在介孔石墨化碳中和介孔石墨化碳表面上。
具体地，高度石墨化，是指Fe-MOF材料中的碳的石墨化程度可与商用石墨烯相媲美(拉曼光谱G带/D带比值为1.3)。
本发明的目的之三在于提供上述的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶在构建生物传感器的应用。
在一些实施方式中，所述应用包括Fe3O4/介孔石墨化碳复合物在构建级联比色生物传感器或酶联免疫吸附生物传感器的应用。
在一些实施方式中，所述Fe3O4/介孔石墨化碳复合物在检测葡萄糖的应用。
在一些实施方式中，所述应用包括以下步骤：
步骤一、配制不同浓度的葡萄糖溶液：将葡萄糖溶于磷酸盐缓冲液中，根据具体浓度进行加料配制；
步骤二、将葡萄糖氧化酶加入到所述葡萄糖溶液中，得到溶液A；
步骤三、在所述溶液A中加入NaAc-HAc缓冲液、TMB溶液和Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液，孵育后，测定，制作葡萄糖标准曲线。
在一些实施方式中，所述Fe3O4/介孔石墨化碳复合物在检测黄曲霉毒素B1的应用。
在一些实施方式中，所述应用包括以下步骤：
(1)配制目标物系列浓度标样；
(2)酶标二抗的制备：在Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液中加入EDC溶液，混匀后，再加入NHS，再混匀后，离心去上清后溶于水中，得到溶液B；将AFB1二抗加入溶液B中，孵育过夜，得到酶标二抗，将所述酶标二抗分散于PBS缓冲液中，备用；
(3)取酶标板，于每孔中添加AFB1抗原，孵育，用PBST洗涤液洗涤后用含牛血清蛋白的PBS溶液封闭，孵育，用PBST洗涤液洗涤，拍干；
(4)于步骤(3)得到的酶标板中每孔中加入抗体溶液和步骤(1)中的标样溶液，孵育后，用PBST洗涤液洗涤，拍干；
(5)于步骤(4)中的酶标板每孔加入酶标二抗溶液，孵育后，用PBST洗涤液洗涤，拍干；
(6)于步骤(5)中每孔加入NaAc-HAc缓冲液、H2O2溶液和TMB溶液，孵育后，加入H2SO4终止液，记录紫外图谱及450nm处的吸光度，制作标准曲线。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明提供的制备方法，通过严格控制Fe-MOF前驱体的煅烧过程，利用Fe-MOF材料作为牺牲模板，于特定惰性气体氛围中以特定温度进行煅烧特定时间，制备Fe3O4/介孔石墨化碳复合物，实现Fe3O4纳米颗粒的均匀分散和介孔碳的高度石墨化。
本发明所制备的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物，基于介孔碳的高度石墨化和Fe3O4纳米颗粒均匀地分散在介孔碳中和表面上，具有稳定的空间结构，而且介孔碳高度石墨化，表现出良好的导电性，可加速Fe3O4纳米颗粒中Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化还原循环与介孔石墨化碳载体中C＝Csp2/C-Csp3氧化还原循环之间的电子转移，使得Fe3O4/介孔石墨化碳复合物具有良好的类过氧化物酶活性。经实验验证结果表明，得到的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物，可用于构建纳米酶生物传感器，用于检测目标物。
另外，本发明的制备方法简易高效，便于操作。
附图说明
图1中，A图为实施例1制成的Fe-MOF材料的透射电镜图；B图为Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的透射电镜图；
图2为Fe3O4/介孔石墨化碳复合物制备过程的示意图；
图3为Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的活性评估结果图；
图4中，A图为介孔石墨化碳和商用石墨烯的电化学阻抗谱；B图为Fe3O4/介孔石墨化碳复合物催化TMB氧化机制示意图；
图5为Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶构建级联比色生物传感器检测葡萄糖示意图；
图6中，A图为在标准曲线范围内葡萄糖浓度变化的吸收光谱(左上角插图中显示了对应溶液的照片)；B图为葡萄糖的响应曲线；
图7为Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶构建酶联免疫吸附传感器检测黄曲霉素B1的示意图；
图8中，A图为标准曲线范围内黄曲霉毒素B1浓度变化的吸收光谱图(图中插图显示了对应溶液的照片)；B图为黄曲霉毒素B1的响应曲线。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一、Fe-MOF材料的合成
采用水热法合成Fe-MOF材料作为前驱体，于高压聚四氟乙烯反应釜内胆中加入50mL超纯水作为反应溶剂，加入1.40～1.60g六水合氯化铁作为金属盐来源，加入0.12～0.16g 2-氨基对苯二甲酸作为有机配体和金属盐中心螯合，混合溶液在常温下用磁力搅拌器搅拌1～2小时。加入0.60～0.80g Pluronic F127，Pluronic F127是一种非离子型表面活性剂，能够促进非水溶性原料在溶剂中的溶解能力。再加入0.6～0.8mL醋酸溶液，由于醋酸具有羧基结构，可以和2-氨基对苯二甲酸竞争性的结合金属盐，可以起到调制结晶过程和材料粒径的作用。上述混合溶液在常温下用磁力搅拌器搅拌2～3小时至完全溶解。将高压聚四氟乙烯反应釜内胆内胆置于高压反应器中于120℃的烘箱中加热24小时。所得产物分别用水和乙醇离心洗涤3次，然后60℃真空干燥12～18小时备用。经检测，Fe-MOF材料呈棒状形态，长约225nm，宽约35nm，如图1中A图所示。
二、Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的制备
制备过程如图2所示，将1～5g步骤(1)获得的的Fe-MOF材料置于坩埚中，并将坩埚放置于管式炉中，先在氩气氛围中以3～6℃/min程序升温煅烧至400℃，并在该温度条件下持续煅烧20～30min，Fe-MOF材料本身为棕黄色，随着煅烧过程的进行，逐渐向黑色转变，煅烧过程结束后缓慢冷却至室温。然后再在氮气氛围中以2～4℃/min程序升温煅烧至700℃，并在该温度条件下持续煅烧50～70min。煅烧过程结束后缓慢冷却至室温，小心收集得到的黑色粉末产物，即可得到Fe3O4/介孔石墨化碳复合物，然后60℃真空干燥12～18小时，备用。经检测，如图1中B图所示，煅烧后材料基本保持了前驱体的棒状形貌，且材料材料表面产生了大量的Fe3O4纳米颗粒，均匀分散于高度石墨化的介孔碳中和介孔碳表面。
三、检测Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的催化活性
(1)分别准备浓度为1mM的TMB溶液、浓度为10M的H2O2溶液、浓度为0.2M、pH＝4.0的NaAc-HAc缓冲液和浓度为0.01mg/mL的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液；其中：Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液配制方法为：将Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶于水中，可根据具体浓度进行配制。
(2)催化活性检测：取三个2mL的试管，分别标号试管1号、试管2号、试管3号，分别在三个试管中加入0.5mL的TMB溶液，然后在试管1号中加入等体积的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液、试管2号加入等体积的H2O2溶液、试管3号中加入总体积为0.5mL的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液和H2O2溶液(其中，Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液和H2O2溶液体积比为1:1)，三个试管于45℃温度下孵育20分钟，利用分光光度计记录溶液的紫外可见光谱。
测试结果如图3和图4所示：Fe3O4/介孔石墨化碳复合物在H2O2存在下催化TMB氧化，溶液颜色由无色变为蓝色，TMB氧化产物的特征吸收峰位于652nm处(如图3所示)。这是由于在Fe3O4/介孔石墨化碳复合物中，存在Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)和C＝Csp2/C-Csp3两个氧化还原循环，且介孔石墨化碳载体的介孔结构使得它具有更好的导电性，极大的加速了纳米颗粒中Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化还原循环与介孔石墨化碳载体中C＝Csp2/C-Csp3氧化还原循环之间的电子转移(如图4所示)。测试结果说明Fe3O4/介孔石墨化碳复合物具有优良的类过氧化物酶活性。
实施例2
将Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶构建生物传感器：
一、将Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶构建级联比色生物传感器，并用于检测葡萄糖，具体步骤如下：
(a)将葡萄糖溶于浓度为10mM、pH＝7.0的磷酸盐缓冲液中，制成不同浓度的葡萄糖溶液；
(b)将浓度为将40μL浓度为0.2mg/mL的葡萄糖氧化酶加入到360μL步骤(a)制成的不同浓度的葡萄糖溶液中，得到溶液A；
(c)于(b)中溶液A中加入550μL浓度为0.2M、pH＝4的NaAc-HAc缓冲液、40μL浓度为1mM的TMB溶液和10μL浓度为1mg/mL的Fe3O4/介孔石墨化碳溶液，形成混合溶液；于45℃孵育20分钟后用于葡萄糖标准曲线的测定。
级联比色生物传感器检测葡萄糖的原理如图5所示。葡萄糖和水在葡萄糖氧化酶的催化作用下生成产物葡萄糖酸和过氧化氢，而显色底物TMB(无色)可在过氧化氢存在的条件下经过Fe3O4/介孔石墨化碳类过氧化物酶的催化生成氧化产物oxTMB(蓝色)。基于此，可以建立反应体系吸光度值与葡萄糖浓度的线性关系，实现葡萄糖的检测。
如图6所示，本方法检测葡萄糖的标准曲线为y＝0.530x+0.231(x＝log(c))(R2＝0.9971)，检测范围为50-200μM，检测限为0.24μM，说明该级联比色生物传感器具有高灵敏度。
二、将Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶构建酶联免疫吸附生物传感器，并进行黄曲霉毒素B1(AFB1)的检测，步骤如下：
(a)配制系列浓度的AFB1标样：50ng/mL、20ng/mL、10ng/mL、5ng/mL、2ng/mL、1ng/mL、0.5ng/mL、0.2ng/mL、0.1ng/mL、0.05ng/mL、0.02ng/mL、0.01ng/mL、0.005ng/mL、0.002ng/mL、0.001ng/mL、0.0005ng/mL；
(b)酶标二抗的制备：于3mL 1mg/mL的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液中，加入7.5mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，摇床混匀15分钟后，再加入3mgN-N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，继续摇床混匀15分钟后，3000r/min离心10分钟去上清后复溶于3mL水中，得到溶液B；随后，滴加AFB1二抗到上述溶液B中，摇床孵育过夜，得到酶标二抗；将得到的酶标二抗分散于PBS缓冲液中，4℃保存备用；
(c)取96孔酶标板，于每孔中添加100μL AFB1抗原(终浓度2μg/mL)，37℃孵育2小时，用PBST洗涤液洗涤三次后用含1％牛血清白蛋白的PBS溶液封闭，37℃孵育2小时，用PBST洗涤液洗涤三次，拍干；
(d)于步骤(c)中酶标板每孔加入50μL抗体溶液(终浓度3μg/mL)和50μL步骤(a)中对应浓度的AFB1标样溶液，37℃孵育30分钟，用PBST洗涤液洗涤三次，拍干；
(e)于步骤(d)中酶标板每孔加入16μL的步骤(b)制备的酶标二抗溶液，37℃孵育30分钟，用PBST洗涤液洗涤三次，拍干；
(f)于步骤(e)中每孔加入188μL浓度为0.2M、pH＝4的NaAc-HAc缓冲液、1μL浓度为25mM的H2O2溶液(加入后H2O2终浓度10μM)、10μL浓度为25mM的TMB溶液(终浓度1mM)，45℃孵育20分钟后，加入50μL浓度为0.2M的H2SO4终止液，记录紫外图谱及450nm处的吸光度，制作标曲。
本方法进行AFB1检测的原理如图7所示。在没有目标物AFB1存在时，抗体特异性识别一抗，加入的酶标二抗被大量的引入体系，可催化显色底物TMB发生明显的显色反应；而在有目标物AFB1存在时，AFB1会竞争性地抢夺走一抗，使得引入体系的酶标二抗的量减少，且目标物浓度越高，引入体系的酶标二抗的量越少。基于此，可以建立反应体系吸光度值与AFB1浓度的线性关系，实现AFB1的检测。
如图8，本方法检测AFB1的标准曲线为y＝0.2030x+0.4932(x＝log(c))(R2＝0.9977)，检测范围为0.005-10ng/mL，检测限为0.00296ng/mL，说明该基于Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶的酶联免疫吸附传感器具有高灵敏度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备Fe-MOF材料作为前驱体；
S2、将所述前驱体置于管式炉中，先在氩气氛围中以3～6℃/min的升温速率升温至400℃，在400℃下煅烧20～30min，煅烧结束后冷却至室温，得到产物A；
S3、将所述产物A再在氩气氛围中以2～4℃的升温速率升温至700℃，在700℃下煅烧50～70min，煅烧结束后自然冷却至室温，得到Fe3O4/介孔石墨化碳复合物。
2.根据权利要求1所述的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的制备方法，其特征在于，所述Fe-MOF材料的制备方法包括以下步骤：
将可溶性铁盐溶于超纯水中形成溶液，在该溶液中加入2-氨基对苯二甲酸，混合均匀；接着加入表面活性剂，再加入醋酸溶液，得到混合溶液；将得到的混合溶液置于反应容器中在120℃下反应，得到Fe-MOF材料。
3.根据权利要求2所述的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物的制备方法，其特征在于，所述Fe-MOF材料的制备方法包括以下步骤：
将六水合氯化铁溶于超纯水中形成溶液，在该溶液中加入2-氨基对苯二甲酸，混合均匀；接着加入Pluronic F127，再加入醋酸溶液，搅拌均匀；将得到的混合溶液置于反应容器中在120℃下反应，得到Fe-MOF材料。
4.权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物，所述复合物由Fe3O4纳米颗粒和高度石墨化的介孔碳组成，所述Fe3O4纳米颗粒均匀地分散在介孔石墨化碳中和介孔石墨化碳表面上。
5.权利要求4所述的Fe3O4/介孔石墨化碳复合物作为类过氧化物酶在构建生物传感器的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述Fe3O4/介孔石墨化碳复合物在构建级联比色生物传感器或酶联免疫吸附生物传感器的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述Fe3O4/介孔石墨化碳复合物在检测葡萄糖的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
步骤一、配制不同浓度的葡萄糖溶液：将葡萄糖溶于磷酸盐缓冲液中，根据具体浓度进行加料配制；
步骤二、将葡萄糖氧化酶加入到所述葡萄糖溶液中，得到溶液A；
步骤三、在所述溶液A中加入NaAc-HAc缓冲液、TMB溶液和Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液，孵育后，测定，制作葡萄糖标准曲线。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述Fe3O4/介孔石墨化碳复合物在检测黄曲霉毒素B1的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
(1)配制目标物系列浓度标样；
(2)酶标二抗的制备：在Fe3O4/介孔石墨化碳复合物溶液中加入EDC溶液，混匀后，再加入NHS，再混匀后，离心去上清后溶于水中，得到溶液B；将AFB1二抗加入溶液B中，孵育过夜，得到酶标二抗，将所述酶标二抗分散于PBS缓冲液中，备用；
(3)取酶标板，于每孔中添加AFB1抗原，孵育，用PBST洗涤液洗涤后用含牛血清蛋白的PBS溶液封闭，孵育，用PBST洗涤液洗涤，拍干；
(4)于步骤(3)得到的酶标板中每孔中加入抗体溶液和步骤(1)中的标样溶液，孵育后，用PBST洗涤液洗涤，拍干；
(5)于步骤(4)中的酶标板每孔加入酶标二抗溶液，孵育后，用PBST洗涤液洗涤，拍干；
(6)于步骤(5)中每孔加入NaAc-HAc缓冲液、H2O2溶液和TMB溶液，孵育后，加入H2SO4终止液，记录紫外图谱及450nm处的吸光度，制作标准曲线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110644335.7A CN113336274A (zh) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110644335.7A CN113336274A (zh) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113336274A true CN113336274A (zh) | 2021-09-03 |
Family
ID=77475832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110644335.7A Pending CN113336274A (zh) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113336274A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105498844A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-20 | 辽宁师范大学 | 具有纺锤形貌的Ag/AgCl/NH2-MIL-101(Fe)复合光催化剂的原位制备方法及该催化剂的应用 |
| CN107271508A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-20 | 郑州轻工业学院 | 氧化铁‑介孔碳纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| CN107703298A (zh) * | 2017-07-25 | 2018-02-16 | 广东省药品检验所（广东省药品质量研究所、广东省口岸药品检验所） | 一种黄曲霉素b1的胶体金免疫检测试剂盒、制备方法及检测方法 |
| CN109776672A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-05-21 | 国家食品安全风险评估中心 | 黄曲霉毒素b1半抗原及其制备方法、人工抗原及其应用 |
| CN110160975A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-23 | 山东省产品质量检验研究院 | 一种氮掺杂四氧化三铁过氧化物模拟酶及其检测葡萄糖的方法 |
-
2021
- 2021-06-09 CN CN202110644335.7A patent/CN113336274A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105498844A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-20 | 辽宁师范大学 | 具有纺锤形貌的Ag/AgCl/NH2-MIL-101(Fe)复合光催化剂的原位制备方法及该催化剂的应用 |
| CN107271508A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-20 | 郑州轻工业学院 | 氧化铁‑介孔碳纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| CN107703298A (zh) * | 2017-07-25 | 2018-02-16 | 广东省药品检验所（广东省药品质量研究所、广东省口岸药品检验所） | 一种黄曲霉素b1的胶体金免疫检测试剂盒、制备方法及检测方法 |
| CN109776672A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-05-21 | 国家食品安全风险评估中心 | 黄曲霉毒素b1半抗原及其制备方法、人工抗原及其应用 |
| CN110160975A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-23 | 山东省产品质量检验研究院 | 一种氮掺杂四氧化三铁过氧化物模拟酶及其检测葡萄糖的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李琳等: "不同形貌磁性纳米多孔碳的可控制备及其弛豫性能研究", 《化学新型材料》, 31 January 2021 (2021-01-31), pages 162 - 170 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Copper nanoparticles modified graphitic carbon nitride nanosheets as a peroxidase mimetic for glucose detection | |
| CN111558391A (zh) | 一种杂原子掺杂的钴金属催化剂及其制备方法 | |
| CN110170331B (zh) | 一种铁氮双掺杂的中空多孔碳球纳米材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Humic acid-assisted synthesis of stable copper nanoparticles as a peroxidase mimetic and their application in glucose detection | |
| CN106466602A (zh) | 一种炭载钯催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN106896148A (zh) | 一种普鲁士蓝/石墨烯纳米复合材料的制备方法 | |
| CN108686658B (zh) | 一种C-QDs-Fe2O3/TiO2复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN111450843A (zh) | 一种高效Ru/Co限域氨合成催化剂及其制备方法和用途 | |
| CN110887795A (zh) | 一种钼单原子纳米酶材料及其在黄嘌呤比色传感中的应用 | |
| CN113105646B (zh) | 双金属-有机无限配位聚合物纳米微球的制备方法和应用 | |
| CN113237840B (zh) | 类过氧化物纳米酶及其制备方法、活性检测方法及传感器 | |
| CN115282963A (zh) | 一种以生物质为前驱体的单原子催化剂、其制备方法与应用 | |
| CN111686734B (zh) | 一种磁性多孔镍纳米片的制备方法及其应用 | |
| CN113120973B (zh) | 一种铜掺杂的镍铝层状双金属氢氧化物的制备方法及所得产品和应用 | |
| CN113089099B (zh) | 一种单晶多孔方形片状氮化钨纳米粒子的合成方法及应用 | |
| CN113336274A (zh) | 一种Fe3O4/介孔石墨化碳复合物及其制备方法和应用 | |
| CN112028128A (zh) | 一种磁性多孔Fe3O4纳米立方体的制备方法及其应用 | |
| CN116212929B (zh) | 一种钴单原子催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN106391015B (zh) | 催化材料及其制备方法和用途 | |
| CN104198531B (zh) | 一种复合多级结构气敏材料及其制备方法 | |
| CN105540682B (zh) | 一种以尿素铁为铁源制备四氧化三铁负载氮掺杂石墨烯复合材料的方法 | |
| CN108273559B (zh) | 一种负载型Fe2O3复合光催化剂 | |
| CN114904535B (zh) | 一种活性优于天然漆酶的纳米酶制备方法 | |
| CN102580747A (zh) | 一种金刚石合成用复合触媒及制备方法 | |
| CN114408970B (zh) | 一种中空介孔的碳掺杂三氧化二镓纳米球的制备方法及其产品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210903 |