壳聚糖‑铂纳米粒子模拟氧化酶的制作方法

本发明涉及具有模拟氧化酶活性的一种由壳聚糖作为稳定剂的铂纳米材料及其制备方法，属于纳米技术领域。

背景技术：

酶具有降低化学反应的活化能、改变反应速率、控制反应进行的功能，在生物体内乃至自然界都起到了非常重要的作用。多数的天然酶是蛋白质，具有高效性和专一性，但其结构和功能很容易受到环境中物理、化学因素的影响，它需要在特定的ph和温度下才能够发挥其活性。与天然酶相比，纳米材料模拟酶具有制备过程简单、容易大规模制备、性质稳定、可重复使用、对外界环境耐受性强、制造及储存成本低等优点。对于过氧化物酶而言，其催化氧化过程需要过氧化氢的参与。但由于过氧化氢是一种强氧化剂，会对某些分析物的性质产生影响。此外，过氧化氢本身容易分解，在实际应用过程中会带来许多不便。然而，对于氧化酶而言，其无需过氧化氢的参与，就可以催化氧化底物显色，使得实验操作过程更加简便易行。但目前对氧化酶样的纳米材料报道还比较少，主要有纳米氧化铈、纳米四氧化三钴、纳米铁酸钴等。因此，研究和开发具有氧化酶活性的纳米人工酶在当前科学研究中意义重大。

壳聚糖是一种天然高分子。自1859年法国人rouget首先得到壳聚糖后，该物质的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注。在医学方面，壳聚糖降血脂、降血糖的作用已有相关的报道。在环境方面，壳聚糖在废水处理中也有广泛的应用。壳聚糖分子含有丰富官能团（如羧基和氨基），因此其可修饰性强，另外它具有良好的生物相容性与水溶性，因此是一种理想的纳米粒子稳定剂。

本发明提供了一种壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，该壳聚糖-铂纳米粒子以硼氢化钠为还原剂，壳聚糖为稳定剂制备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，它是以硼氢化钠为还原剂，壳聚糖为稳定剂合成铂纳米粒子，得到的壳聚糖-铂纳米粒子具有模拟氧化酶特性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，其特征是壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶能催化氧气氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色，壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶对3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐具有高亲和力；所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶由以下反应步骤制得：将氯铂酸加入到壳聚糖溶液中，搅拌30分钟，然后逐滴加入硼氢化钠溶液并在5分钟之内加完，置于暗处搅拌90分钟，得到深褐色的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶溶液。

所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，其特征是壳聚糖溶液浓度为0.2m/v%，氯铂酸水溶液浓度为10mmol/l，硼氢化钠溶液浓度为0.2mol/l，所述壳聚糖溶液、氯铂酸水溶液和硼氢化钠溶液的体积比为47:2:1。

所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，其特征是所得到的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶中铂纳米粒子与壳聚糖通过壳聚糖分子上的n2和o3相连接，铂纳米粒子的平均粒径为2.1±0.3nm。

所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，其特征是所得到的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶溶液放置一年以上无沉降物出现。

所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，其特征是能催化氧气氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐生成蓝色产物，在652nm处有最大吸收峰；加硫酸后显色产物变黄，该黄色产物在450nm处有最大吸收峰。

所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，其特征是壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶催化氧气氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐反应的条件如下：ph为4.0~5.0；温度为50℃；3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐的浓度为0.15mmol/l。

所述的壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶，其特征是在最佳催化氧化条件下测得壳聚糖-铂纳米粒子对3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐的米氏常数为0.0179mmol/l。

具体地说，本发明采用如下技术方案：

（一）壳聚糖-铂纳米粒子的制备：称取0.1g壳聚糖溶解于50ml浓度为1%（v/v）的醋酸中，搅拌15分钟使壳聚糖完全溶解即得浓度为0.2%（m/v）的壳聚糖溶液。将2ml浓度为10mmol/l氯铂酸加入到47ml浓度为0.2%壳聚糖溶液中，搅拌30分钟，然后逐滴加入1ml浓度为0.2mol/l新配制的硼氢化钠溶液（5分钟之内加完），置于暗处搅拌90分钟，得到壳聚糖-铂纳米粒子，所得产物避光冷藏保存。

（二）壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶活性：通过壳聚糖-铂纳米材料催化氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐生成蓝色产物，在酸性条件下终止反应，产物由蓝色转为黄色，验证其氧化酶活性。往932.5μl醋酸缓冲液（ph5，50mmol/l）中加入50μl浓度为3mmol/l的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液和17.5μl步骤（一）合成的壳聚糖-铂纳米粒子，混合后37℃温浴反应5分钟，而后立即用200μl浓度为2mol/l的硫酸终止反应，测定溶液的紫外可见吸收光谱。

上述壳聚糖-铂纳米粒子模拟氧化酶催化氧气氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐反应的最适条件如下：ph为4.0~5.0；温度为50℃；3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐的浓度为0.15mmol/l。

本发明的优点：

（1）本发明制备的铂纳米材料由壳聚糖作为稳定剂，硼氢化钠还原氯铂酸得到，其制备过程简单快速。

（2）本发明制备的壳聚糖-铂纳米粒子水溶性好且生物相容性高。

（3）本发明制备的壳聚糖-铂纳米粒子具有高效的模拟氧化酶活性。

附图说明

图1为壳聚糖-铂纳米粒子（a）与裸铂（b）分别放置一周后的溶液外观图。

图2为壳聚糖-铂纳米粒子的透射电镜图。

图3为壳聚糖-铂纳米粒子的元素分析图。

图4为壳聚糖-铂纳米粒子的红外光谱图。

图5为壳聚糖-铂纳米粒子的pt（4f）x射线光电子能谱图。

图6为壳聚糖-铂纳米粒子的x射线衍射图。

图7为3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐与壳聚糖-铂纳米粒子反应前后的紫外可见吸收光谱图。a：3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐；b:3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐+壳聚糖-铂纳米粒子；c：3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐+壳聚糖-铂纳米粒子+硫酸。

图8为ph对壳聚糖-铂纳米粒子催化显色体系的影响。

图9为温度对壳聚糖-铂纳米粒子催化显色体系的影响。

图10为3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐浓度对壳聚糖-铂纳米粒子催化显色体系的影响。

图11为壳聚糖-铂纳米粒子催化氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐的稳态动力学曲线。

具体实施方式

实施例1：

称取0.1g壳聚糖溶解于50ml浓度为1%（v/v）的醋酸中，搅拌15分钟使壳聚糖完全溶解即得到浓度为0.2%（m/v）的壳聚糖溶液。将2ml浓度为10mmol/l氯铂酸加入到47ml浓度为0.2%（m/v）壳聚糖溶液中，搅拌30分钟，然后逐滴加入1ml浓度为0.2mol/l新配制的硼氢化钠溶液（5分钟之内加完），置于暗处搅拌90分钟，得到深褐色的壳聚糖-铂纳米粒子溶液。将壳聚糖-铂纳米粒子与未加壳聚糖保护的铂纳米粒子（即裸铂纳米粒子）同时室温放置7天，结果如图1所示。由图可知，室温放置7天后，壳聚糖-铂纳米粒子溶液均一稳定，无沉淀生成（见图1中的a图）；而裸铂纳米粒子放置后发生明显沉降（见图1中的b图）。此结果表明壳聚糖对铂纳米粒子具有良好的稳定作用。

实施例2：

将实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液滴涂在铜网上，进行透射电镜测试。结果表明，壳聚糖-铂纳米粒子的平均粒径为2.1±0.3nm（见图2）。所得纳米粒子的晶面间距为0.224nm，对应于铂晶体的111晶面（见图2中的插图）。

实施例3：

将实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液进行冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行元素分析（见图3）。结果表明所得的纳米粒子中含有铂元素。

实施例4：

将实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液进行冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行红外光谱测定（图4）。结果显示壳聚糖分子的c-n弯曲振动及c3-o的伸缩振动均发生改变，表明壳聚糖是通过n2和o3与铂纳米粒子结合。

实施例5：

将实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液进行冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行x射线光电子能谱测定（见图5）。结果表明，在72.8ev处出现铂的4f7/2峰，表明壳聚糖-铂纳米粒子中铂的价态为0价和+2价共存，其所占比例分别为55%和45%。

实施例6：

将实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液进行冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行x射线衍射测定。由图6可知，在10.8°和19.6°处出现壳聚糖的特征峰，在39.4°、45.9°和67.3°处分别出现铂的（111）、（200）和（220）晶面特征峰。

实施例7：

在932.5μl醋酸盐缓冲液（ph5，50mmol/l）中依次加入50μl浓度为3mmol/l的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐和17.5μl实施例1制得的壳聚糖-铂纳米材料，混合后37℃温浴5分钟。由图7可知，壳聚糖-铂纳米材料加入后，3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液的颜色由无色变为蓝色，在652nm处有一吸收峰；加入200μl浓度为2mol/l的硫酸溶液终止反应后，反应液颜色变为黄色，并在450nm处有强烈的吸收。

实施例8：

将17.5μl实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液和50μl浓度为3mmol/l的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液加入到932.5μlph值分别为2、3、4、4.5、5、6、7、8的醋酸盐缓冲溶液中（50mmol/l），混合后37℃温浴5分钟，而后加入200μl浓度为2mol/l的硫酸终止反应，测定反应液在450nm处的吸光度值（a450）。由图8可知，随着ph值的增大（2~4），吸光度值a450逐渐增大；在ph值为4~5时，吸光度值a450基本保持不变；此后随着ph值的增大，吸光度值a450明显减小。因此，壳聚糖-铂纳米粒子催化氧化显色体系的最佳反应ph值为4.0~5.0。

实施例9：

将17.5μl实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液和50μl浓度为3mmol/l的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液加入到932.5μlph值为5.0的醋酸盐缓冲溶液中（50mmol/l），混匀后分别在20、25、30、35、40、45、50、55、60、65℃温浴5分钟，而后加入200μl浓度为2mol/l的硫酸终止反应，测定反应液的吸光度值a450。由图9可知，随着温度的增大（20~50℃），溶液吸光度值a450逐渐增大；在温度为50℃时，吸光度值a450达最大；此后随着温度的增大，吸光度值a450明显减小。因此，壳聚糖-铂纳米粒子催化氧化显色体系的最佳反应温度为50℃。

实施例10：

将17.5μl实施例1制得的壳聚糖-铂纳米粒子溶液和50μl初浓度分别为0、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5和4mmol/l的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液加入到932.5μl醋酸盐缓冲溶液中（ph5，50mmol/l），混合后50℃温浴5分钟，而后加入200μl浓度为2mol/l的硫酸终止反应，测定反应液的吸光度值a450。由图10可知，当3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液终浓度达0.15mmol/l时，吸光度值a450的上升趋势减弱。因此，壳聚糖-铂纳米粒子催化氧化显色体系的最佳3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液浓度为0.15mmol/l。

实施例11：

将50μl不同浓度的3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液和17.5μl实例1制备的壳聚糖-铂纳米粒子溶液加入到932.5μl醋酸盐缓冲溶液中（ph5，50mmol/l），混匀后50℃温浴30秒，测定反应液的吸光度值a450，计算初速度。如图11所示，通过米氏方程拟合，可以得出壳聚糖-铂纳米粒子对底物3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐溶液的米氏常数为0.0179mmol/l。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。