CN115490264B - 钒酸银模拟酶制备方法及其抑菌应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了钒酸银模拟酶制备方法及其抑菌应用，其特征在于，包括将NH4VO3溶解于去离子水中，NH4VO3与去离子水的比例为0.001～0.003mol：10～30mL，去离子水的温度为50～100℃，待冷却至室温后标记溶液为A等步骤。可用于杀灭大肠杆菌和/或金黄色葡萄球菌。本发明的优点是：第一次证明了所合成的荆棘状Ag4V2O7纳米棒具有类氧化酶活性，且其类氧化酶活性足够强，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有良好的杀灭作用。

Description

钒酸银模拟酶制备方法及其抑菌应用
技术领域
本发明涉及一种模拟酶的制备方法及其抑菌应用。
具体地说，是涉及钒酸银模拟酶制备方法及其抑菌应用。
背景技术
每年在全球范围内由细菌感染引起导致的死亡人数数以百万计。抗生素是治疗细菌感染最为有效的方法。但抗生素的滥用导致细菌产生了极强的耐药性。因此，寻找高效的新型抗菌剂就变得十分有必要。
纳米酶是一类自身蕴含酶学特性的纳米材料，表现出类似天然酶的酶促反应动力学和催化机理。与此同时，纳米酶还具有诸多优于天然酶的特点，如稳定性高、易于生产及成本低等，可作为天然酶的替代品进行应用。根据多年来的研究，纳米酶在快速检测和杀灭细菌、病毒等病原微生物中展现出极佳的应用潜力。
含有不同比例的银、钒、氧的复合氧化物统称为钒酸银，根据银、钒、氧比例的不同，钒酸银具有多种不同的组成与结构。钒酸银材料是一类广泛应用于光学、电学和催化等方面的功能材料，目前的研究报道主要是关于AgVO3、Ag3VO4、Ag2V4O11、Ag1.2V3O8及AgxV2O5。钒酸银由于其独特的电子、光子和磁学特性，已经成为近年来的研究热点。钒酸银具有独特的晶体结构，其作为模拟酶在杀菌等领域的应用潜能尚未开发。
到目前为止，约有40多种具有不同组成、结构的纳米酶被应用于抗菌相关研究。这类纳米酶主要包括金属氧化物，如Fe3O4、CeO2、VOx等、以及金属硫化物FeS2、CuS、MoS2等、以及贵金属元素纳米酶Pt、Au、Ag、Pd、Pt@Ag、Pd@Ag等、以及碳基纳米酶石墨烯量子点GQDs、以及金属/碳基复合纳米酶Cu/C纳米酶、GQDs/Ag杂化物以及单原子纳米酶等。这些纳米酶对10种革兰氏阴性菌，8种革兰氏阳性细菌以及白色念珠菌展现出极佳的抗菌效果。
目前，已知的具有类酶活性的纳米模拟酶仍然存在一些问题，如：对底物的特异选择性不高，催化能力与天然酶存在差异，纳米粒子容易团聚和需要使用高浓度H2O2的限制等缺点。因此，开发能够克服上述缺点的高效稳定的纳米酶新材料是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种钒酸银模拟酶制备方法及其抑菌应用。
本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：
钒酸银模拟酶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将NH4VO3溶解于去离子水中，NH4VO3与去离子水的比例为0.001～0.003mol：10～30mL，去离子水的温度为50～100℃，待冷却至室温后标记溶液为A；
步骤二、将AgNO3在磁力搅拌的条件下溶解于去离子水中，AgNO3与去离子水的比例为0.001～0.003mol：40～80mL，另外标记为溶液B；
步骤三、将溶液A和溶液B在磁力搅拌的条件下迅速混合；
步骤四、用NaOH溶液调节反应体系pH至5～9，NaOH溶液浓度为1～3mol/L；
步骤五、将反应溶液在室温下继续搅拌6～18h；
步骤六、将反应溶液转移到水热釜中，100～180℃水热4～12h；
步骤七、将反应溶液冷却至室温后，真空抽滤获得产物，并将产物用去离子水清洗多次后，放入烘箱中30～90℃干燥4～12h，即得钒酸银模拟酶。
一种具体优化方案，水热釜容积为100mL。
钒酸银模拟酶的抑菌应用，其特征在于：可用于杀灭大肠杆菌和/或金黄色葡萄球菌。
一种具体优化方案，杀灭大肠杆菌时，钒酸银模拟酶的浓度为0.39-1.56μg/mL，反应时间为15min-1h。
一种具体优化方案，杀金黄色葡萄球菌时，钒酸银模拟酶的浓度为1.56-3.12μg/mL，反应时间为60min-120min。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：
第一次证明了所合成的荆棘状Ag4V2O7纳米棒具有类氧化酶活性，且其类氧化酶活性足够强，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有良好的杀灭作用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1是本发明钒酸银模拟酶的XRD谱图。
附图2是本发明钒酸银模拟酶的扫描电镜图片。
附图3是本发明钒酸银模拟酶的XPS谱图。
附图4是不同反应体系在652nm处光吸收特性和反应溶液的变化情况图。
附图5是不同浓度、不同反应时间与大肠杆菌杀菌率的关系图。
附图6是不同浓度、不同反应时间与大肠杆菌杀菌率相应的平板照片图。
附图7是不同浓度、不同反应时间与金黄色葡萄球菌杀菌率的关系图。
附图8是不同浓度、不同反应时间与金黄色葡萄球菌杀菌率相应的平板照片图。
具体实施方式
实施例1：钒酸银模拟酶制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将0.002mol NH4VO3溶解于20mL去离子水中，去离子水的温度为80℃，待冷却至室温后标记溶液为A；
步骤二、将0.002mol AgNO3在磁力搅拌的条件下溶解于60mL去离子水中，另外标记为溶液B；
步骤三、将溶液A和溶液B在磁力搅拌的条件下迅速混合；
步骤四、用NaOH溶液调节反应体系pH至7，NaOH溶液浓度为2mol/L；
步骤五、将反应溶液在室温下继续搅拌12h；
步骤六、将反应溶液转移到水热釜中，140℃水热8h；水热釜容积为100mL；
步骤七、将反应溶液冷却至室温后，真空抽滤获得产物，并将产物用去离子水清洗多次后，放入烘箱中60℃干燥6h，得产物荆棘状Ag4V2O7纳米棒，即钒酸银模拟酶。
实施例2：钒酸银模拟酶制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将0.001mol NH4VO3溶解于30mL去离子水中，去离子水的温度为50℃，待冷却至室温后标记溶液为A；
步骤二、将0.001mol AgNO3在磁力搅拌的条件下溶解于40mL去离子水中，另外标记为溶液B；
步骤三、将溶液A和溶液B在磁力搅拌的条件下迅速混合；
步骤四、用NaOH溶液调节反应体系pH至5，NaOH溶液浓度为1mol/L；
步骤五、将反应溶液在室温下继续搅拌6h；
步骤六、将反应溶液转移到水热釜中，100℃水热4h；水热釜容积为100mL；
步骤七、将反应溶液冷却至室温后，真空抽滤获得产物，并将产物用去离子水清洗多次后，放入烘箱中30℃干燥4h，得产物荆棘状Ag4V2O7纳米棒，即钒酸银模拟酶。
实施例3：钒酸银模拟酶制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将0.003mol NH4VO3溶解于30mL去离子水中，去离子水的温度为80℃，待冷却至室温后标记溶液为A；
步骤二、将0.003mol AgNO3在磁力搅拌的条件下溶解于80mL去离子水中，另外标记为溶液B；
步骤三、将溶液A和溶液B在磁力搅拌的条件下迅速混合；
步骤四、用NaOH溶液调节反应体系pH至9，NaOH溶液浓度为3mol/L；
步骤五、将反应溶液在室温下继续搅拌18h；
步骤六、将反应溶液转移到水热釜中，180℃水热12h；水热釜容积为100mL；
步骤七、将反应溶液冷却至室温后，真空抽滤获得产物，并将产物用去离子水清洗多次后，放入烘箱中90℃干燥12h，得产物荆棘状Ag4V2O7纳米棒，即钒酸银模拟酶。
钒酸银模拟酶的表征特性如下：
如图1，荆棘状Ag4V2O7纳米棒的X射线衍射谱图所示：
使用X射线衍射分析所合成物质的组成进行分析，所合成物质衍射谱图中衍射峰的位置与单斜相的Ag4V2O7的标准卡片高度吻合，参见JCPDS Card No.49-0166，证明合成的物质为单斜相的Ag4V2O7。
如图2，利用扫描电镜对合成的Ag4V2O7纳米棒的形貌和进行观察，荆棘状Ag4V2O7纳米棒的扫描电镜图所示：
可以看出所合成的Ag4V2O7微观形貌为宽度为几十纳米、长度为几百纳米的纳米荆棘棒状结构。
如图3，荆棘状Ag4V2O7纳米棒的XPS谱图，其中图3A为全谱，图3B为Ag 3d，图3C为V2p，图3D为O1s。
从图3A中可以看出，有五个主要的峰分别分布于284.37,367.86,400.09,517.62和530.51eV，分别对应于C1s,Ag 3d,N 1s,V 2p和O1s。
从图3B中，结合能在368.06和374.07eV的两处强峰分别对应着Ag+中的Ag 3d5/2和Ag 3d3/2。
从图3C中，516.83和524.58eV的两处峰分别对应了V5+的V 2p3/2和V 2p1/2。
从图3D中，位于530.03eV处的峰对应V-O键。
如图4，不同反应体系在652nm处光吸收特性和反应溶液的变化情况图，
通过催化氧化酶来检测所制备荆棘状Ag4V2O7纳米棒是否具有类过氧化物酶的催化活性，催化氧化酶采用典型催化底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺，包括无色TMB和溶解氧生成氧化态的蓝色TMB蓝色。
图4中，不同体系的溶液颜色变化：TMB+Ag4V2O7体系，溶液呈现较明显的蓝色；TMB体系，溶液未发生明显变化。
图4中，两种反应体系对应的紫外可见吸收光谱图，未加入所合成Ag4V2O7纳米棒体系在652nm几乎没有吸收峰，而TMB+Ag4V2O7体系在652nm处有较明显的吸收峰且峰形较好，说明所合成的Ag4V2O7纳米棒催化氧化TMB生成氧化态TMB，具有类氧化酶活性。
如图5不同浓度、不同反应时间与大肠杆菌杀菌率的关系图。图5B为图5A的局部放大图。以及如图6，不同浓度、不同反应时间与大肠杆菌杀菌率相应的平板照片图。
可以看出，当Ag4V2O7的浓度为0.39μg/mL，30min杀菌率能够达到90.3％。当反应时间为1h时，杀菌效率能够达到99％；当Ag4V2O7的浓度为0.78μg/mL，15min杀菌率能够达到87％。当Ag4V2O7的浓度为1.56μg/mL反应时间为15min时，杀菌效率能够达到99％。
如图7至图8所示，当Ag4V2O7的浓度为1.56或3.12μg/mL，反应时间为60min，对金黄色葡萄球菌的杀菌率均能够达到99％，当反应时间延长至120min，浓度低至0.78μg/mL，对金黄色葡萄球菌的杀菌率也能达到99％。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.钒酸银模拟酶的抑菌应用，包括以下步骤：
步骤一、将NH4VO3溶解于去离子水中，NH4VO3与去离子水的比例为0.001～0.003mol：10～30mL，去离子水的温度为50～100℃，待冷却至室温后标记溶液为A；
步骤二、将AgNO3在磁力搅拌的条件下溶解于去离子水中，AgNO3与去离子水的比例为0.001～0.003mol：40～80mL，另外标记为溶液B；
步骤三、将溶液A和溶液B在磁力搅拌的条件下迅速混合；
步骤四、用NaOH溶液调节反应体系pH至5～9，NaOH溶液浓度为1～3mol/L；
步骤五、将反应溶液在室温下继续搅拌6～18h；
步骤六、将反应溶液转移到水热釜中，100～180℃水热4～12h；
步骤七、将反应溶液冷却至室温后，真空抽滤获得产物，并将产物用去离子水清洗多次后，放入烘箱中30～90℃干燥4～12h，即得钒酸银模拟酶；其特征在于：用于杀灭大肠杆菌和/或金黄色葡萄球菌。
2.根据权利要求1所述的钒酸银模拟酶的抑菌应用，其特征在于：杀灭大肠杆菌时，钒酸银模拟酶的浓度为0.39-1.56μg/mL，反应时间为15min-1h。
3.根据权利要求1所述的钒酸银模拟酶的抑菌应用，其特征在于：杀金黄色葡萄球菌时，钒酸银模拟酶的浓度为1.56-3.12μg/mL，反应时间为60min-120min。
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