一种MoS2@C3N4复合纳米材料作为模拟酶的应用的制作方法

本发明属于模拟酶技术领域，具体涉及一种mos2@c3n4复合纳米材料作为模拟酶的应用。

背景技术：

过氧化物酶(horseradishperoxidase，简称hrp)是由微生物或植物所产生的一类氧化还原酶，是以过氧化氢为电子受体催化底物氧化的酶，常被用于进行过氧化氢检测。然而作为天然酶，过氧化物酶本质上也是一种具有超分子结构的蛋白质，虽然它能够在温和的条件下高效、专一地催化各种生化反应，但是却对热、酸、碱不稳定而失去催化活性。此外，过氧化物酶由于提纯工艺复杂、成本高、不易保存，大大限制了其应用(weietal.,chem.soc.rev.42(2013)6060-6093)。

由于纳米材料在尺寸、形状以及表面电荷方面与天然酶具有一定的相似之处，且比表面积大、表面活化中心多、催化活性高，因此，自gao等(gaoetal.,nat.nanotechnol.2(2007)577-583)首次报道了fe3o4磁性纳米颗粒具有较高的过氧化物模拟酶催化活性后，研究者对于纳米材料模拟过氧化物酶进行了广泛的研究，并开发出许多新型纳米材料模拟酶，比如agvo3(wangetal.,microchim.acta185(2018)1)、mos2(yuetal.,j.mater.chem.b6(2018)487-498)、fe3s4(dingetal.,microchim.acta183(2016)625-631)、c3n4(linetal.,biosens.bioelectron.59(2014)89-93)、go(songetal.,adv.mater.22(2010)2206-2210)以及cu/g-c3n4(wangetal.,rscadv.5(2015)91302-91307)和mnse-g-c3n4(qiaoetal.,sensor.actuator.b:chem.229(2014)379-386)等复合材料。这些纳米材料在催化效率、机理和底物的专一性都与hrp相同，并且还具有稳定性高、制备工艺简单和可循环利用等优点

c3n4是一种典型的聚合物半导体，其结构中的cn原子以sp²杂化形成高度离域的π共轭体系，因其独特的结构和优异的性能而受到研究和应用方面广泛关注，在能源、催化、传感领域的潜在价值不断被开发。特别是由于g-c3n4表面含有大量的氨基，近年来开始作为传感器用于金属离子的检测、酸性气体的检测和生物成像等方面。mos2具有独特的类石墨烯二维层状结构，并且可以被剥离形成纳米薄片和量子点结构，随着厚度变薄，mos2可由粉末状逐渐向胶体转变，透光性提高、光电催化性能增强，并且具有比表面积大、抗腐蚀等优点，加上环境友好、价格低廉、机械性能好，受到了研究人员的广泛关注。因此，将c3n4和mos2材料复合构建异质结构，可以进一步提高催化活性，并且在光电催化方面取得了一定的进展。然而c3n4/mos2复合材料生物免疫分析和环境检测等领域的应用潜能尚未开发。因此，本发明将mos2@c3n4复合纳米材料作为过氧化物模拟酶，通过对底物的催化氧化还原反应实现对h2o2快速检测，进一步扩展其在生物免疫分析和环境检测等领域的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种mos2@c3n4复合纳米材料作为模拟酶的应用，所制备的复合纳米材料具有良好的模拟过氧化物酶催化性能，可以对h2o2进行快速检测，在免疫分析等领域具有潜在的应用前景。同时该材料具有制备方法简单易行、价格低廉和重复性好等特点。

本发明所提供的mos2@c3n4复合纳米材料，其制备方法如下：

1)g-c3n4片层(cnns)的制备：将三聚氰胺在400～800℃热处理3～6h，待样品自然冷却至室温后，收集所得到的黄色产物，研磨成粉末，得到g-c3n4块体材料bcn；然后将bcn分散于超纯水中，在150～250w的功率下超声12～24h，然后在5000r/min转速下离心，取上层淡黄色清液得cnns悬浮液；用37％浓盐酸对cnns片层进行质子化处理，将cnns分散在浓盐酸中，并在室温下搅拌2～6h，用超纯水离心洗涤至中性，然后在105℃干燥得到质子化cnns；

2)mos2@c3n4复合纳米材料的制备：将质子化的cnns、1.0～60.0mmol的na2moo4·2h2o和超纯水混合后在室温下搅拌36～60h，将悬浊液在15000r/min转速下离心后，加入0.1～3.0mmol硫代乙酰胺taa，在室温下搅拌1h后，将混合液转移转移至反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱150～200℃热处理12～24h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，经离心洗涤，60℃干燥12h，得到化学组成为mos2@c3n4的复合纳米材料。

所述na2moo4·2h2o与cnns摩尔比为1～60:1。

本发明所提供的mos2@c3n4复合纳米材料作为模拟酶的应用。

本发明提供的mos2@c3n4复合纳米材料在h2o2检测中的应用。

所述mos2@c3n4复合纳米材料模拟过氧化物酶性能具体测试方法为：依次向离心管中加入磷酸盐缓冲液(pbs)、待检测的溶液、tmb的乙醇溶液和mos2@c3n4分散液，反应7min后观察溶液颜色变化，并记录400～800nm下的紫外可见吸收光谱；所述mos2@c3n4终浓度为120μg/ml；所述tmb终浓度为0.8mmol/l。

本发明制备的mos2@c3n4、模拟酶材料具有良好的模拟过氧化物酶催化性能，可以通过比色法快速检测h2o2，并且具有良好的稳定性和重复利用性，制备工艺简单、易于控制、成本低廉，在免疫分析等领域具有潜在应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的mos2@c3n4(30)模拟酶材料的xrd图谱(a)和tem照片(b)。

图2为本发明实施例1制备的mos2@c3n4(30)模拟酶材料反应体系的紫外可见吸收光谱图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明，有助于本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1mos2@c3n4复合纳米材料的制备

(1)g-c3n4片层(cnns)的制备：采用超声剥离法制备。将10.0g三聚氰胺放入马弗炉中进行600℃热处理4h，待样品自然冷却至室温后，收集所得到的黄色产物，研磨成粉末，得到g-c3n4块体材料(bcn)；然后将0.1gbcn分散于100ml超纯水中，在200w的功率下超声16h，然后在5000r/min转速下离心20min，取上层淡黄色清液得cnns悬浮液；然后用37％浓盐酸对cnns片层进行质子化处理，将1.0gcnns分散在100ml浓盐酸中，并在室温下搅拌3h，用超纯水离心洗涤至中性(ph＝7)，然后在105℃干燥12h，得到质子化cnns。

(2)mos2@c3n4复合纳米材料的制备：通过离子交换-水热法制备。将0.1mmol质子化的cnns、3.0mmolna2moo4·2h2o和80ml超纯水依次加入到烧瓶中，在室温下搅拌48h，将悬浊液在15000r/min转速下离心10次后，加入1.33mmoltaa，在室温下搅拌1h后，将混合液转移转移至反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱180℃热处理18h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，经离心洗涤，60℃干燥12h，得到化学组成为mos2@c3n4的复合纳米材料，记为mos2@c3n4(30)。

图1(a)为实施例1所制备样品的xrd图谱。由图可见，在27.29°处可观察到属于g-c3n4的尖锐的(002)衍射峰(jcpdscardno.87-1526)，并且还可以看到33.5°的(100)衍射峰和58°的(110)衍射峰，归属于六方相mos2(jcpdscardno.37-1492)的两个特征峰。结果表明，g-c3n4和mos2的特征衍射峰在复合材料中同时出现，证明通过离子交换处理成功地在g-c3n4薄层上负载了mos2量子点。此外，在复合材料的xrd图谱中未出现其他的杂质峰，说明复合材料只是由g-c3n4和mos2两种物质组成，并没有其他杂质相存在。图1(b)为实施例1所制备样品的tem照片，由图可见，mos2量子点均匀分布在g-c3n4薄层上，而且视野中g-c3n4薄层以外的区域没有mos2量子点出现，证明复合材料中mos2量子点是通过离子交换作用在g-c3n4薄层表面成核并生长的，二者之间形成了紧密的异质结构。此外，由图可见，mos2量子点的尺寸约为5nm，c3n4薄片的尺寸为1～2μm，厚度约为2nm，这种纳米结构将具有较大的比表面积。

实施例2：不同条件下mos2@c3n4复合纳米材料的制备

(1)g-c3n4片层(cnns)的制备：采用超声剥离法制备。将10.0g三聚氰胺粉末放入马弗炉中进行400～800℃热处理3～6h，待样品自然冷却至室温后，收集所得到的黄色产物，研磨成粉末，得到g-c3n4块体材料(bcn)；然后将0.1gbcn分散于100ml超纯水中，在150～250w的功率下超声12～24h，然后在5000r/min转速下离心20min，取上层淡黄色清液得cnns悬浮液；然后用37％浓盐酸对cnns片层进行质子化处理，将1.0gcnns分散在100ml浓盐酸中，并在室温下搅拌2～6h，用超纯水离心洗涤至中性(ph＝7)，然后在105℃干燥12h，得到质子化cnns。

(2)mos2@c3n4复合纳米材料的制备：通过离子交换-水热法制备。将0.1～1.0mmol质子化的cnns、1.0～60.0mmolna2moo4·2h2o和80ml超纯水依次加入到烧瓶中，在室温下搅拌36～60h，将悬浊液在15000r/min转速下离心10次后，加入0.1～3.0mmoltaa，在室温下搅拌1h后，将混合液转移转移至反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱150～200℃热处理12～24h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，经离心洗涤，60℃干燥12h，得到化学组成为mos2@c3n4的复合纳米材料，记为mos2@c3n4(15)、mos2@c3n4(20)、mos2@c3n4(45)(参见表1)。

表1：不同制备条件下制备的mos2@c3n4复合纳米材料

实施例3mos2@c3n4复合纳米材料模拟过氧化物酶

取1个1.5ml离心管，加入500μl50mmol/l的磷酸盐缓冲液(pbs,ph＝4.0)、200μl10mmol/lh2o2溶液和100μl8mmol/ltmb的乙醇溶液，然后加入200μl实施例1制备的mos2@c3n4(30)分散液(600μg/ml)，反应7min后观察溶液变化，并记录400～800nm下的紫外可见吸收光谱(参见图2)。

图2是四种反应体系对应的紫外可见吸收光谱图，652nm是氧化态tmb的特征吸收峰。由图可见，h2o2+mos2@c3n4(30)、tmb+mos2@c3n4(30)和tmb+h2o2三个体系几乎没有吸收峰，而tmb+h2o2+mos2@c3n4(30)体系在652nm处有明显的吸收峰，且峰形较好。此外，通过观察h2o2+mos2@c3n4(30)、tmb+mos2@c3n4(30)和tmb+h2o2三个体系的颜色变化，发现三个体系溶液颜色均为无色透明，未发生明显变化，而tmb+h2o2+mos2@c3n4(30)体系中溶液呈现出明显的蓝色，说明mos2@c3n4(30)在h2o2的存在下催化氧化tmb生成了蓝色氧化物。结果表明，本发明制备的mos2@c3n4复合纳米材料具有良好的模拟过氧化物酶催化活性，是一种过氧化物模拟酶材料，在h2o2存在下可以催化氧化tmb生成蓝色氧化物，通过这种显色反应可以实现快速检测h2o2，在生物免疫分析和环境检测等领域具有潜在应用前景。