一種過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法
【專利摘要】本發明公開了一種過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其合成方法是：含有金源、鈀源的溶液在穩定劑和還原劑存在的條件下進行合成反應，制得作為過氧化物模擬酶納米催化顆粒的納米金鈀合金顆粒，其中金源與鈀源的摩爾比為金源:鈀源=1:5～5:1，還原劑與金源和鈀源的摩爾比為還原劑:金源和鈀源=5:1～1:20，所述穩定劑為檸檬酸鹽，還原劑為檸檬酸鹽或NaBH4。本發明合成了一種穩定的、具有表面等離子共振效應和過氧化物模擬酶活的納米金鈀合金顆粒。該納米金鈀合金顆粒膠體性質穩定，表面等離子共振峰顯著且穩定；酶活性最適pH為3，反應對離子強度要求不高，可適用于蛋白變性環境的過氧化物催化，在分析和分子計算領域有很好應用潛力。
【專利說明】一種過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，屬于納米新材料的合成方法。
【背景技術】
[0002]模擬酶是一類非蛋白結構但與天然酶有相似催化活性的人工合成催化劑。在模擬酶的研究中，過氧化物模擬酶因可以廣泛用于分析檢測領域(酶催化顏色反應、化學發光反應、電化學信號轉化等)，獲得了較為深入的發展。一直以來，納米粒子的模擬酶催化活性不為人所發現，直到近年來，納米四氧化三鐵、稀土納米離子、納米四氧化三鈷、多壁碳納米管、正點修飾納米金等材料均發現了過氧化物模擬酶活，極大的擴展了相關催化反應在天然酶不適條件下的應用。
[0003]近年來，貴金屬納米顆粒(如金、銀納米顆粒)由于其良好的光學、催化、生物兼容性等優秀性質，受到研究者的廣泛關注，金、銀納米微粒的尺寸、形狀和結構控制以及相應的性質研究成為材料科學以及相關領域的前沿熱點。其中金納米顆粒是研究較早的一種納米材料，在生物學研究中一般將其稱為膠體金。它的粒子尺寸一般在1-1OOnm之間，由于表面等離子體共振的性質，隨粒徑的變化呈現不同的顏色，有利于肉眼觀察，具有較強的顯色能力，已被廣泛應用于感光、催化、生物標識、醫學免疫、表面增強拉曼散射等諸多領域。
[0004]金納米顆粒具有很強的表面等離子共振效應(Local Surface PlasmonResonance)，這種效應與顆粒表面狀態密切相關，表面狀態的微弱改變可以引起較大的表面等離子共振差異，從而把納米顆粒表面相互作用信號轉化為光學信號。利用該性質，在分析領域有兩大類應用，一類利用納米金顆粒密度超過lOVmm2，在520nm左右產生肉眼可辨的光吸收，從而進行低濃度目標分子的標記檢測或競爭檢測，該類以金標記試紙條為典范；另一類利用目標分子相互左右導致納米顆粒相互靠近，納米顆粒聚集后520nm吸收變小，720nm吸收迅速變大，溶液顏色由紅轉藍，從而對相互作用小分子進行定量，目前，使用該種檢測方式已成功實現重金屬、TNT、三聚氰胺、抗生素、DNA、DNA錯配及蛋白相互作用等檢測。
[0005]基于金納米顆粒的過氧化物模擬酶既有過氧化物催化活性，又有金納米顆粒本身的表面等離子共振，其濃度可以通過光吸收反映出來，此外，納米顆粒的聚集狀態可以通過720nm與520nm吸收值之比反映出來。該類納米顆粒具有多重信號轉化的效果，在分析檢測，分子及生物計算機等領域有很大的應用潛力。
[0006]而基于納米金的過氧化物模擬酶主要是正電荷修飾的納米顆粒，如巰基胺類修飾的納米顆粒，然而該類納米顆粒由于修飾改變了膠體的靜電斥力往往變得很不穩定，其光學信號轉換器的功能不能反映出來。
【發明內容】
[0007]為克服上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，通過該方法合成了一種穩定的、具有表面等離子共振效應和過氧化物模擬酶活的納米金IE合金顆粒。
[0008]為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是提供一種過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其方法是:含有金源、鈀源的溶液在穩定劑和還原劑存在的條件下進行合成反應，制得作為過氧化物模擬酶納米催化顆粒的納米金鈀合金顆粒，其中金源與鈀源的摩爾比為金源:鈀源=1:5?5:1，還原劑與金源和鈀源的摩爾比為還原劑:金源和鈀源=5:1?1:20,所述穩定劑為朽1檬酸鹽,還原劑為朽1檬酸鹽或NaBH4。
[0009]本發明中所述的穩定劑和還原劑均為檸檬酸鹽時，檸檬酸鹽與金源和鈀源的摩爾比為檸檬酸鹽:金源和鈀源=5:1?1:1，合成采用如下步驟:
[0010]I)在帶有攪拌器和回流管的反應容器中加入含有金源、鈀源的溶液，溶液中金源的濃度為0.1?ImM，鈀源的濃度為0.1?ImM，持續加熱反應容器中的溶液，同時開啟攪拌器攪拌溶液，溶液沸騰后，回流管中的回流量穩定時，在反應容器中加入檸檬酸鹽的溶液至檸檬酸鹽的終濃度為I?5mM ;；
[0011]2)繼續回流至反應容器中的反應溶液呈穩定的紅色時，停止加熱得到納米金鈀合金顆粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻至室溫得納米金鈀合金顆粒溶膠，用濾器過濾冷卻的納米金鈀顆粒溶膠得到穩定的納米金鈀合金顆粒。
[0012]本發明中所述的穩定劑為檸檬酸鹽，還原劑為NaBH4, NaBH4與金源和鈀源的摩爾比為檸檬酸鹽:金源和鈀源=1:2?1:20，合成采用如下步驟:
[0013]I)在帶有攪拌器的反應容器中加入金源濃度為0.1?ImM的金源溶液、鈀源濃度為0.1?ImM的鈀源溶液以及檸檬酸鹽溶液，開啟攪拌器攪拌溶液，在反應容器中加入NaBH4的溶液至NaBH4的終濃度為0.05?0.5mM ;
[0014]2)繼續攪拌至反應容器中的反應溶液呈穩定的紅色時，停止攪拌得到納米金鈀合金顆粒溶液，將納米金鈀合金顆粒溶冷卻得納米金鈀合金顆粒溶膠，用濾器過濾冷卻的納米金鈀顆粒溶膠得到穩定的納米金鈀合金顆粒。
[0015]本發明中所用的反應容器在使用前依次用自來水，反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用Mi 11 iQ水浸泡洗滌干凈并用烘箱烘干。
[0016]本發明所采用的鈀源為鈀金屬鹽，金源為金鹽或金的配合物。
[0017]所述鈀源為PdS04、Pd (NO3) 2> K2PdCl4 或 Na2PdCl4,金源為 HAuC14。
[0018]所述的檸檬酸鹽為檸檬酸鈉。
[0019]由上述技術方案可知，本發明在合成前體中加入了鈀源，制得了一種穩定的、具有表面等離子共振效應和過氧化物酶活的納米金鈀合金顆粒，制得的納米金鈀合金顆粒呈球狀。與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0020]I)該方法操作步驟簡單，反應條件溫和，反應產物容易分離提純，所用反應儀器和試劑價格低廉；
[0021]2)該納米金鈀合金顆粒膠體性質穩定，表面等離子共振吸收峰顯著并且穩定，增強了光學信號轉換，克服了采用化學修飾獲得的基于納米金的過氧化物模擬酶不穩定的缺
占.[0022]3)通過實驗發現該納米金鈀合金顆粒在PH值為3的過氧化物酶催化活性最強，克服了酶在該條件變構失活的缺陷，拓展了酶在低PH值時的應用。
[0023]這種過氧化物模擬酶納米金鈀合金顆粒可適用于蛋白變性環境的過氧化物催化， 在分析和分子計算領域有很好的應用潛力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1一不同的鈀金摩爾比合成得到的納米合金顆粒的紫外-可見光譜圖。
[0025]圖2—不同的鈀金摩爾比合成得到的納米合金顆粒以TMB為電子供體的過氧化氫催化反應反應產物量隨時間的變化圖。
[0026]圖3—以實施例6鈀金摩爾比為2:3合成的納米合金顆粒為例測定其最適模擬酶反應PH圖。
[0027]圖4一以實施例6鈀金摩爾比為2:3合成的納米合金顆粒為例的TEM表征。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]將所有涉及本實驗的實驗容器依次用自來水，反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用MilliQ水浸泡洗滌干凈，并用烘箱烘干。在帶有攪拌器和回流管的三口圓底燒瓶中加入用MilliQ水配制500mM濃度為0.8mM的HAuCl4溶液以及濃度為
0.2mMNa2PdCl4溶液，三口圓底燒瓶的中間口接入攪拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持續加熱三口圓底燒瓶中的溶液，同時開啟攪拌器攪拌溶液，溶液沸騰后，當回流管中的回流量趨于穩定時，將事先配制好的50mL濃度為38.SmM檸檬酸鈉溶液倒入反應容器中至檸檬酸鈉的終濃度為3.53mM，在加熱的過程中，在干凈的容量瓶里配制50ml濃度為38.8mM的檸檬酸鈉溶液(0.5704g 二水合檸檬酸鈉溶于mi I IiQ水并定容至50mL)。
[0030]繼續回流至三口圓底燒瓶中的溶液呈穩定的紅色時，停止加熱得到納米金鈀合金顆粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻2-4小時至室溫得納米金鈀合金顆粒溶膠，用0.22 μ m無菌濾器過濾冷卻的納米金鈀合金顆粒溶膠，將過濾后得到的納米金鈀合金顆粒轉移至干凈玻璃瓶，并用錫箔包被4°C保存。
[0031]實施例2
[0032]將所有涉及本實驗的實驗容器依次用自來水，反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用Mi 11 iQ水浸泡洗滌干凈，并用烘箱烘干。在帶有攪拌器和回流管的三口圓底燒瓶中加入用MilliQ水配制500mL0.6mM的HAuCl4溶液及0.4mMPd (NO3) 2溶液，三口圓底燒瓶的中間口接入攪拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持續加熱三口圓底燒瓶中的溶液，同時開啟攪拌器攪拌溶液，溶液沸騰后，當回流管中的回流量趨于穩定時，將事先配制好的50mL濃度為38.8mL檸檬酸鈉溶液倒入反應容器中至檸檬酸鈉的終濃度為3.53mM，在加熱過程，在干凈的50mL容量瓶里配制50mL濃度為38.8mM的檸檬酸鈉溶液(0.5704g 二水合檸檬酸鈉溶于milliQ水并定容至50mL)。
[0033]繼續回流至三口圓底燒瓶中的溶液呈穩定的紅色時，停止加熱得到納米金鈀合金顆粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻2-4小時至室溫得納米金鈀合金顆粒溶膠，用0.22μπι無菌濾器過濾冷卻的納米金鈀合金顆粒溶膠，將過濾后得到的的納米金鈀合金顆粒轉移至干凈玻璃瓶，并用錫箔包被4°C保存。
[0034]實施例3
[0035]將所有涉及本實驗的實驗容器依次用自來水，反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用MilliQ水浸泡洗滌干凈，并用烘箱烘干。在帶有攪拌器和回流管的三口圓底燒瓶中加入用MilliQ水配制500mL濃度為0.4mM的HAuCl4溶液以及濃度為0.6mM的PdSO4溶液，三口圓底燒瓶的中間口接入攪拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持續加熱三口圓底燒瓶中的溶液，同時開啟攪拌器攪拌溶液，溶液沸騰后，當回流管中的回流量趨于穩定時，將事先配制好的50mL濃度為38.SmM檸檬酸鈉溶液倒入反應容器中至檸檬酸鈉的終濃度為3.53mM，在加熱的過程中，在干凈的50mL容量瓶里配制50mL濃度為38.8mM的檸檬酸鈉溶液(0.5704g 二水合檸檬酸鈉溶于mi I IiQ水并定容至50mL)。
[0036]繼續回流至三口圓底燒瓶中的溶液呈穩定的紅色時，停止加熱得到納米金鈀合金粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻2-4小時至室溫得納米金鈀合金顆粒溶膠，用
0.22 μ m無菌濾器過濾冷卻的納米金鈀合金顆粒溶膠，將過濾后得到的納米金鈀合金顆粒轉移至干凈玻璃瓶，并用錫箔包被4°C保存。
[0037]實施例4
[0038]將所有涉及本實驗的實驗容器依次用自來水，反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用MilliQ水浸泡洗滌干凈，并用烘箱烘干。在帶有攪拌器和回流管的三口圓底燒瓶中加入用MilliQ水配制500mL濃度為0.2mM的HAuCl4溶液以及濃度為0.8mMK2PdCl4溶液，三口圓底燒瓶的中間口接入攪拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持續加熱三口圓底燒瓶中的溶液，同時開啟攪拌器攪拌溶液，溶液沸騰后，當回流管中的回流量趨于穩定時，將事先配制好的50mL濃度為38.SmM檸檬酸鈉溶液倒入反應容器中至檸檬酸鈉的濃度為3.53mM，在加熱的過程中，在干凈的50mL容量瓶里配制50mL濃度為38.8mM的檸檬酸鈉溶液(0.5704g 二水合檸檬酸鈉溶于mi I IiQ水并定容至50mL)。
[0039]繼續回流至三口圓底燒瓶中的溶液呈穩定的紅色時，停止加熱得到納米金鈀合金粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻2-4小時至室溫得納米金鈀合金顆粒溶膠，用
0.22 μ m無菌濾器過濾冷卻的納米金鈀合金顆粒溶膠，將過濾后得到的納米金鈀合金顆粒轉移至干凈玻璃瓶，并用錫箔包被4°C保存。
[0040]測定實施例1、實施例2、實施例3、實施例4制得納米金鈀合金顆粒以及納米金顆粒的紫外-可見光譜圖，如圖1所示，由圖可以看出不同鈀金摩爾比合成得到的金鈀納米合金顆粒在波長約520nm處的吸光度的峰值顯著且穩定，說明納米金鈀合金顆粒具有較強的表面等離子共振吸收峰。
[0041]測定實施例1、實施例2、實施例3、實施例4制得納米金鈀合金顆粒以及納米金顆粒以TMB為電子供體的過氧化氫催化反應反應產物量隨時間變化圖,如圖2所示,縱坐標為
0.D.450nm,即TMB氧化后藍色產物的特征吸收峰值。從圖上可以得出納米金鈀合金顆粒的催化性能要遠遠好于納米金顆粒，其中鈀金摩爾比為2:3時催化性能最好。
[0042]實施例5
[0043]將所有涉及本實驗的實驗容器依次用自來水，反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用MilliQ水浸泡洗滌干凈，并用烘箱烘干。在帶有攪拌器和回流管的三口圓底燒瓶中加入用MilliQ水配制500mL濃度為0.4mM的HAuCl4溶液以及濃度為0.6mM的PdSO4溶液，三口圓底燒瓶的中間口接入攪拌器，一斜口接回流管，另一斜口塞磨口玻璃塞。持續加熱三口圓底燒瓶中的溶液，同時開啟攪拌器攪拌溶液，溶液沸騰后，當回流管中的回流量趨于穩定時，將事先配制好的25mL濃度為38.SmM檸檬酸鈉溶液倒入反應容器中至檸檬酸鹽的終濃度為1.85mM，在加熱的過程中，在干凈的25mL容量瓶里配制38.8mM的檸檬酸鈉溶液(0.5704g 二水合檸檬酸鈉溶于mi I IiQ水并定容至50mL)。
[0044]繼續回流至三口圓底燒瓶中的溶液呈穩定的紅色時，停止加熱得到納米金鈀合金粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻2-4小時至室溫得納米金鈀合金顆粒溶膠，用
0.22 μ m無菌濾器過濾冷卻的納米金鈀合金顆粒溶膠，將過濾后得到的納米金鈀合金顆粒轉移至干凈玻璃瓶，并用錫箔包被4°C保存。
[0045]實施例6
[0046]將所有涉及本實驗的實驗容器依次用自來水，反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用MilliQ水浸泡洗滌干凈，并用烘箱烘干。在帶有攪拌器的三口圓底燒瓶中加入用MilliQ水配制500mL濃度0.6mM的HAuCl4溶液、濃度為0.4mM Na2PdCl4溶液以及檸檬酸鈉溶液，檸檬酸鹽的濃度沒有特別的要求，只需要起到穩定劑的作用即可。三口圓底燒瓶的中間口接入攪拌器，兩斜口塞磨口玻璃塞。開啟攪拌器激烈攪拌溶液，將事先配制好的50mL濃度為ImM的溶液液倒入反應容器中至硼氫化鈉的終濃度為0.091mM。
[0047]繼續攪拌至三口圓底燒瓶中的溶液呈穩定的紅色時，停止攪拌得到納米金鈀合金粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻得納米金鈀合金顆粒溶膠，用0.22 μ m無菌濾器過濾冷卻的納米金IE合金顆粒溶膠得納米金鈕合金顆粒。測定納米金鈕合金顆粒的過氧化物模擬酶活性。
[0048]圖3為以實施例6合成的納米金鈀合金顆粒為例測定其最適模擬酶反應pH圖。從圖可以看出，當PH值變化時，PH為3時反應最快，說明以鈀金摩爾比2:3合成的納米鈀金合金顆粒在PH為3時催化活性最好。
[0049]圖4為以實施例6合成的納米金鈀合金顆粒為例的TEM表征，在TEM下納米金鈀合金顆粒的形貌、分散情況。
【權利要求】
1.一種過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:含有金源、鈀源的溶液在穩定劑和還原劑存在的條件下進行合成反應，制得作為過氧化物模擬酶納米催化顆粒的納米金鈀合金顆粒，其中金源與鈀源的摩爾比為金源:鈀源=1:5?5:1，還原劑與金源和鈀源的摩爾比為還原劑:金源和鈀源=5:1?1:20，所述穩定劑為檸檬酸鹽，還原劑為檸檬酸鹽或NaBH4。
2.根據權利要求1所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:穩定劑和還原劑均為檸檬酸鹽，檸檬酸鹽與金源和鈀源的摩爾比為檸檬酸鹽:金源和鈀源=5:1 ?1:1。
3.根據權利要求2所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于采用如下步驟: 1)在帶有攪拌器和回流管的反應容器中加入含有金源、鈀源的溶液，溶液中金源的濃度為0.1?ImM，鈀源的濃度為0.1?ImM，持續加熱反應容器中的溶液，同時開啟攪拌器攪拌溶液，溶液沸騰后，回流管中的回流量穩定時，在反應容器中加入檸檬酸鹽的溶液至檸檬酸鹽的終濃度為I?5mM ; 2)繼續回流至反應容器中的反應溶液呈穩定的紅色時，停止加熱得到納米金鈀合金顆粒溶液，讓納米金鈀合金顆粒溶液自然冷卻至室溫得納米金鈀合金顆粒溶膠，用濾器過濾冷卻的納米金鈀顆粒溶膠得到穩定的納米金鈀合金顆粒。
4.根據權利要求1所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:穩定劑為檸檬酸鹽，還原劑為NaBH4, NaBH4與金源和鈀源的摩爾比為NaBH4:金源和鈀源=1:2 ?1:20。
5.根據權利要求4所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于采用如下步驟: O在帶有攪拌器的反應容器中加入金源濃度為0.1?ImM的金源溶液、鈀源濃度為0.1?ImM的鈀源溶液以及檸檬酸鹽溶液，開啟攪拌器攪拌溶液，在反應容器中加入NaBH4的溶液至NaBH4的終濃度為0.05?0.5mM ; 2)繼續攪拌至反應容器中的反應溶液呈穩定的紅色時，停止攪拌得到納米金鈀合金顆粒溶液，將納米金鈀合金顆粒溶冷卻得納米金鈀合金顆粒溶膠，用濾器過濾冷卻的納米金鈀顆粒溶膠得到穩定的納米金鈀合金顆粒。
6.根據權利要求3或5所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:所述反應容器在使用前依次用自來水、反滲透水洗滌，MilliQ水浸泡過夜，王水洗滌，再用MilliQ水浸泡洗滌干凈并用烘箱烘干。
7.根據權利要求1所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:所述鈀源為鈀金屬鹽，金源為金鹽或金的配合物。
8.根據權利要求7所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:所述鈀源為 Na2PdCl4、K2PdCl4, Pd (NO3) 2 或 PdSO4,所述金源為 HAuC14。
9.根據權利要求1所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:所述的檸檬酸鹽為檸檬酸鈉。
10.根據權利要求1所述的過氧化物模擬酶納米催化顆粒的合成方法，其特征在于:制得的納米金鈀合金顆粒呈球狀。
【文檔編號】B01J23/52GK103447029SQ201310396616
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】梁曉聲, 熊海榮, 王海英, 郭小華, 汪文俊 申請人:中南民族大學