一种基于自组装结构模拟酶及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种基于自组装结构模拟酶的制备方法，包括如下步骤：(1)将能发生自组装行为的化学物质溶解于水中；(2)向上述(1)中加入活性金属盐溶液、还原剂，搅拌，即得所述基于自组装结构模拟酶。本发明提供的制备方法中，将两种预先配好的能发生组织的化学物水溶液混合，两种分子通过弱分子间作用力组装在一起，金属盐离子在其表面吸附，在还原剂的作用下，原位生成金属纳米颗粒，所得到的基于自组装结构的金属纳米颗粒在宽pH和温度范围、高离子强度等条件下具有很好的过氧化物酶活性。该材料合成条件温和简便，原料价格低廉，易被商业开发。本发明的基于自组装结构的金属纳米颗粒材料还可以应用于电催化、水处理、生物医学等诸多领域，有广泛的应用前景。

权利要求

1.一种基于自组装结构模拟酶的制备方法，包括如下步骤：(1)将能发生自组装行为的化学物质溶解于水中；所述能发生自组装行为的化学物质为下述物质组合中至少一种：三聚氰胺与三聚氰酸、三聚氰胺与鞣花酸、三聚氰胺与邻苯二酚-3,5-二磺酸、三聚氰胺与柠檬酸、三聚氰胺与均苯三酸、三聚氰胺与三聚硫氰酸、三聚氰酸与柠檬酸、三聚氰酸与均苯三酸；

(2)向上述(1)中加入活性金属盐溶液、还原剂，搅拌，即得所述基于自组装结构模拟酶。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述活性金属盐为下述物质中至少一种：硫酸铜、氯化铜、乙酸铜、硝酸铜、硝酸银、氯金酸、氯化铂、氯化钯、硝酸钯、氯化铁、硝酸铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化钴、硝酸钴、硝酸镍、氯化镍。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂为下述物质中至少一种：硼氢化钠、硼氢化钾、抗坏血酸、柠檬酸钠、柠檬酸、鞣花酸、邻苯二酚-3,5-二磺酸。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述能发生自组装行为的化学物质的浓度是0.01～10mmol/L，摩尔比为1～3：1～3。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述活性金属盐的浓度为0.01～

1mmol/L。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂的浓度为0.1～10mmol/L。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，搅拌时间为1～48h，搅拌温度为0～100℃。

8.按照权利要求1-7中任一项所述方法制备的基于自组装结构模拟酶。

9.权利要求8所述基于自组装结构模拟酶在如下任一种方面中的应用：

1)生物分子试剂盒和试纸研制；

2)酶联免疫分析；

3)生物组织染色；

4)污染物处理；

5)电催化剂。

说明书

一种基于自组装结构模拟酶及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子化合物领域，具体地公开了一种基于自组装结构模拟酶及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 与蛋白酶相比，虽然纳米材料模拟酶具有很好的酸、碱和高温稳定性，成本低廉，合成简单，可大量制备，易于被各类功能分子修饰和标记，但仍存在很大的差距，面临的挑战依然很严峻。常见的纳米材料模拟酶Fe3O4、CeO2、纳米金类衍生物、石墨烯类衍生物等都会被用于联合特定的氧化酶(如葡萄糖氧化酶等)和显色剂(如3,3',5,5'-四甲基联苯胺TMB等)进行特定分子的检测。虽然取得了一定的检测效果，但很难被商业开发应用于人们的日常生活中，其主要原因有：a)易于制备的纳米材料模拟酶通常的高催化活性条件在酸性环境，中性条件下几乎无催化效果，而天然酶(如葡萄糖氧化酶等)在中性条件下具有良好的催化效果，酸性条件下蛋白酶可能会失活，很难联合蛋白酶应用于试剂盒的开发和试纸的研制。虽然已有报道称制备出能在中性条件下发挥高催化活性的纳米材料模拟酶，但其制备条件苛刻很难被商业应用；b)催化反应活性低，虽然一些纳米材料模拟酶能被用于酶联免疫标记，但其催化活性还是无法与辣根过氧化物酶相比，很难被应用于酶联免疫试剂盒的开发。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术存在的问题，本发明提供一种基于自组装结构模拟酶及其制备方法与应用。

[0004] 本发明首先提供了一种基于自组装结构模拟酶的制备方法，包括如下步骤：

[0005] (1)将能发生自组装行为的化合物溶解于水中；

[0006] (2)向上述(1)中加入活性金属盐溶液、还原剂，搅拌，即得所述基于自组装结构模拟酶。

[0007] 进一步地，所述能发生自组装行为的化学物质为下述物质组合中至少一种：三聚氰胺与三聚氰酸、三聚氰胺与鞣花酸、三聚氰胺与邻苯二酚-3,5-二磺酸、三聚氰胺与柠檬酸、三聚氰胺与均苯三酸、三聚氰胺与三聚硫氰酸、三聚氰酸与柠檬酸、三聚氰酸与均苯三酸。

[0008] 进一步地，所述活性金属盐为下述物质中至少一种：硫酸铜、氯化铜、乙酸铜、硝酸铜、硝酸银、氯金酸、氯化铂、氯化钯、硝酸钯、氯化铁、硝酸铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化钴、硝酸钴、硝酸镍、氯化镍。

[0009] 进一步地，所述还原剂为下述物质中至少一种：硼氢化钠、硼氢化钾、抗坏血酸、柠檬酸钠、柠檬酸、鞣花酸、邻苯二酚-3,5-二磺酸。

[0010] 进一步地，所述能发生自组装行为的化学物的浓度可以是0.01～10mmol/L，具体可为0.01mmol/L、0.05mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、5mmol/L、10mmol/L，摩尔比可为1～3：1～3，具体可为1～3：1、1：1或3：1。

[0011] 进一步地，所述活性金属盐的浓度可为0.01～1mmol/L，具体可为0.01mmol/L、0.05mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L，具体可为0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、
5mmol/L、10mmol/L。

[0012] 进一步地，所述还原剂的浓度可为0.1～10mmol/L。

[0013] 进一步地，所述步骤(2)中，所述搅拌时间可为1～48h，具体可为1h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、48h；所述反应温度可为0～100℃的水中反应温度可为0～100℃的水中，具体可为0～100℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或100℃。

[0014] 另一方面，本发明的内容还包括由上述方法制备得到的基于自组装结构模拟酶。

[0015] 另一方面，本发明的内容还包括所述基于自组装结构模拟酶材料可用于下述任一种的应用：

[0016] 1)生物分子试剂盒和试纸研制；

[0017] 2)生物组织染色；

[0018] 3)污染物处理；

[0019] 4)电催化剂。

[0020] 本发明的有益效果为：本发明提供的制备方法中，将预先配好的能发生自组装行为的化学物质水溶液中混合，两种分子通过氢键作用力组装在一起，金属盐离子在其表面吸附、在还原剂的作用下，原位生成金属纳米颗粒，所得到的基于自组装结构的金属纳米颗粒在宽pH和温度范围、高离子强度等条件下具有很好的过氧化物酶活性。该材料合成条件温和简便，原料价格低廉，易被商业开发。本发明的基于自组装结构的金属纳米颗粒材料还可以应用于电催化、水处理、生物医学等诸多领域，有广泛的应用前景。

[0021] 为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

[0022] 图1是实施例1制备的基于自组装结构模拟酶的透射电镜照片。

[0023] 图2是实施例1制备的基于自组装结构模拟酶在不同pH条件下的催化反应速率，其中a、b、c、d、e分别为ph为4、5、6、7、8时的催化反应速率。

[0024] 图3是实施例1制备的基于自组装结构模拟酶在不同温度下的催化反应速率，其中A、B、C、D、E、F、G分别为反应温度为25、37、45、55、65、75、85℃时的催化反应速率。

具体实施方式

[0025] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

[0026] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0027] 【实施例1】基于自组装结构模拟酶的制备及其过氧化物模拟酶活性测试[0028] 将100mL三聚氰胺(5mmol/L)水溶液和100mL三聚氰酸(5mmol/L)水溶液混合，在加入4mL氯金酸(10g/L)，再加入1mL柠檬酸钠(50mmol/L)，常温搅拌24小时，得到基于自组装结构纳米金的水溶液。

[0029] 1)基于自组装结构纳米金的表征：

[0030] 用日本透射电子显微镜(JEM-2100F)检测上述条件下得到基于自组装结构纳米金形貌，如图1所示，结果表明本实施例制备的基于自组装结构纳米金形貌为小颗粒纳米金在载体上高度分散状。

[0031] 2)基于自组装结构纳米金的过氧化物模拟酶活性测定：

[0032] 将实施例1制备的基于自组装结构纳米金取0.1g，超声分散在100mL的水中，取0.1mL的上述溶液加入到0.9mL不同pH的缓冲体系(包括0.05mol/L Tris-Ac、1mmol/L H2O2、1mmol/L 2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS))中，测定基于自组装结构纳米金在37℃不同pH体系中的催化速率，如图2所示，基于自组装结构纳米金在pH 4～8范围具有很高的催化反应速率；

[0033] 将实施例1制备的基于自组装结构纳米金取0.1g，超声分散在100mL的水中，取0.1mL的上述溶液加入到0.9mL pH＝7的缓冲体系(包括0.05mol/L Tris-Ac、1mmol/L H2O2、1mmol/L2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS))中，测定基于自组装结构纳米金在不同温度下的催化速率，如图3所示，基于自组装结构纳米金在25～85℃范围具有很高的催化反应速率；

[0034] 将实施例1制备的基于自组装结构纳米金取0.1g，超声分散在100mL的水中，取0.1mL的上述溶液加入到0.9mL pH＝7的缓冲体系(包括0.05mol/L Tris-Ac、1mmol/L H2O2、1mmol/L2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS))中，测定基于自组装结构纳米金在37℃温度下的不同NaCl浓度下的催化速率，基于自组装结构纳米金在很高的盐离子浓度下(5mol/L),其催化反应速率不受影响。

[0035] 【实施例2】基于自组装结构模拟酶的制备及其过氧化物模拟酶活性测试[0036] 将100mL三聚氰胺(5mmol/L)水溶液和100mL鞣花酸(5mmol/L)水溶液混合，在加入4mL氯金酸(10g/L)，再加入1mL柠檬酸钠(50mmol/L)，常温搅拌24小时，得到基于自组装结构纳米金的水溶液。

[0037] 基于自组装结构纳米金的过氧化物模拟酶活性测试：模拟酶在宽pH、温度、盐离子浓度范围与实施例1相同，所得的结果也类似于实施例1。

[0038] 【实施例3】基于自组装结构模拟酶的制备及其过氧化物模拟酶活性测试[0039] 将100mL三聚氰酸(5mmol/L)水溶液和100mL柠檬酸(5mmol/L)水溶液混合，在加入4mL氯金酸(10g/L)，再加入1mL柠檬酸钠(50mmol/L)，常温搅拌24小时，得到基于自组装结构纳米金的水溶液。

[0040] 基于自组装结构纳米金的过氧化物模拟酶活性测试：模拟酶在宽pH、温度、盐离子浓度范围与实施例1相同，所得的结果也类似于实施例1。

[0041] 【实施例4】基于自组装结构模拟酶的制备及其过氧化物模拟酶活性测试[0042] 将100mL三聚氰酸(5mmol/L)水溶液和100mL均苯三酸(5mmol/L)水溶液混合，在加入4mL氯金酸(10g/L)，再加入1mL柠檬酸钠(50mmol/L)，常温搅拌24小时，得到基于自组装结构纳米金的水溶液。

[0043] 基于自组装结构纳米金的过氧化物模拟酶活性测试：模拟酶在宽pH、温度、盐离子浓度范围与实施例1相同，所得的结果也类似于实施例1。

[0044] 本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。