具有多酶活性的磷硫掺杂双金属MOF复合纳米酶的制备方法和应用

本发明属于纳米酶功能材料领域，涉及一种抗菌纳米酶的制备方法和应用，具体地说是一种具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶的制备方法和应用。

背景技术：

1、纳米酶是受天然酶和传统人工酶启发而开发的一类具有类似酶催化活性的纳米材料，与天然酶相比，纳米酶不仅具有成本低、稳定性高、易于大规模生产等优势，而且纳米材料独特的物理化学性质也赋予了纳米酶多种功能，为纳米酶的设计开发和未来应用提供了更多可能。金属有机骨架(mof)是由有机配体与过渡金属离子组装而成的配位聚合物，其具有多孔隙、比表面积大和金属位点多等优势，随着研究的深入，许多mof还被发现具有纳米酶的特性，使其具有更多的应用价值，被广泛应用于纳米酶的领域。

2、目前多数mof纳米酶具备的类酶活性主要集中在类过氧化物酶活性方面，公开号为cn 115227719a的中国发明专利申请公开了一种过氧化物酶活性优良的钙磷纳米酶，是将钙源、磷源、尿素和表面活性剂混合均匀后，经抽滤、冲洗、烘干、磨粉制得，该纳米酶只具有过氧化物酶活性，且制备过程复杂；公开号为cn116003818a的中国发明专利申请公开了一种制备功能化多金属有机骨架纳米酶的方法及其过氧化物酶活性的应用，是在n,n-二甲基甲酰胺溶液中加入氨基对苯二甲酸、六水合氯化镍和六水合氯化铁使用溶剂热法合成功能化多金属有机骨架纳米酶，该纳米酶只具有过氧化物酶活性；公开号为cn115368579b的中国发明专利公开了一种以锰卟啉为金属有机骨架纳米酶的制备方法和应用，是使用三水合硝酸铜、中-四(4-羧基苯基)卟吩和氯化锰，通过两个步骤合成的具有类超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性的纳米材料。

3、综上所述，目前金属有机骨架纳米酶具备的类生物活性种类较少，集中在过氧化物酶活性方面，催化活性较低，受温度限制，低温下酶催化效果差，且制备方法繁琐。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶的制备方法和应用，是在制得的mof前体中掺杂磷元素和硫元素制备得到具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶，该复合纳米酶具备类过氧化物酶、类卤素过氧化物酶和类谷胱甘肽过氧化物酶三种酶活性，同时能够达到制备过程简单，催化活性高，酶在低温下催化效果不变，杀菌率高和通过h2o2比色传感的目的。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下，

3、一种具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶的制备方法，包括依次进行的以下步骤：

4、s1.制备mof前体

5、将聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、双金属原料a和双金属原料b完全溶解于无水甲醇，得溶液ⅰ；

6、将2-甲基咪唑完全溶解于无水甲醇，得溶液ⅱ；

7、将溶液ⅰ进行第一次搅拌后，加至溶液ⅱ，进行第二次搅拌，滴加碱溶液，第三次搅拌后离心并干燥，制得mof前体；

8、其中，所述双金属原料a为硝酸锌；

9、双金属原料b包括硝酸铁、硝酸铈、硝酸钴或硝酸铜；

10、干燥方式为冷冻干燥；

11、形成溶液ⅰ和溶液ⅱ后，将溶液ⅰ加入溶液ⅱ，是因为金属离子作为mof的核，和有机配体链接成为mof，有利于成核，故不能将各物质直接加入无水甲醇中混合；搅拌是为了加快mof形成速度；

12、s2.制备具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶

13、将mof前体和等质量的正丁基硫代磷酸三胺(nbpt)混合研磨，在惰性气体氛围下煅烧，制得具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶，标记为zfps，

14、其中，nbpt为一次性掺杂磷硫元素的掺杂试剂；

15、所述mof前体和nbpt的质量均为0.1～1g；

16、所述惰性气体为氮气或者氩气；

17、所述煅烧温度为650～1000℃，煅烧时间为0.5～4h。

18、作为本发明的限定，所述双金属原料a、双金属原料b和聚乙烯吡咯烷酮的平均摩尔比为1:0.1～9:0.01～0.05，pvpk30为有几大分子链，平均摩尔质量为40000，故为平均摩尔比。

19、作为本发明的第二种限定，步骤s1中，所述2-甲基咪唑的含量为0.4～2.5g。

20、作为本发明的第三种限定，步骤s1中，所述碱溶液包括naoh溶液、koh溶液或氨水。

21、作为本发明的第四种限定，步骤s1中，所述碱溶液的摩尔浓度为1～10mol/l，滴加量为1～20ml。

22、作为本发明的第五种限定，步骤s1中，所述溶液ⅰ、溶液ⅱ和碱溶液的摩尔体积比为1：4：2～6。

23、作为本发明的第六种限定，步骤s1中，所述第一次搅拌和第二次搅拌的时间均为10～180min，第三次搅拌的时间为15～24h。

24、本发明还提供了一种具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶的应用，所述具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶作为类过氧化物酶催化剂、类卤素过氧化物酶催化剂和类谷胱甘肽过氧化物酶催化剂，用于除菌或h2o2的比色传感。

25、本发明的原理为：

26、本发明制备的具有多酶活性的磷硫掺杂双金属mof复合纳米酶具有类过氧化物酶、类卤素过氧化物酶和类谷胱甘肽过氧化物酶三种酶活性，能够达到高效杀菌的效果。其中，掺杂的磷硫元素，为锌离子、铁离子提供了电子捐赠，使得更多的锌离子、铁离子被截留在mof碳框架内而生成fe4p6n12s、fep和zns。这使得制备的zfps为各种类酶，如类过氧化物酶、类卤素过氧化物酶、类谷胱甘肽过氧化物酶，提供了更多的催化位点，从而提高了催化活性。其中fe4p6n12s和fep之间存在p-fe-s键，为电子转移提供了快速通道，从而提高类酶活性；同时降低了模拟酶催化所需要的温度。

27、其中类过氧化物酶、类卤素过氧化物酶、类谷胱甘肽过氧化物酶的催化原理如下：

28、类过氧化物酶：h2o2+zfps→o2-

29、类卤素过氧化物酶：h2o2+zfps+cl-→hclo

30、类谷胱甘肽过氧化物酶：h2o2+zfps→gssg+2h+

31、类过氧化物酶能够高效快速的催化低浓度h2o2，从而产生大量活性氧(ros)，产生的ros能高效快速破坏细胞膜、蛋白质等，从而杀死细菌；同时类过氧化物酶能催化h2o2和卤素离子，产生次卤酸，能更高效的破坏细胞膜和细菌壁；类谷胱甘肽过氧化物酶能消耗谷胱甘肽，阻断细菌内部营养供给，协同杀菌。同时zn+被截留在mof碳框架内，zn+具有杀菌效果，因此zfps还具有离子杀菌效果。

32、由于zfps具有类过氧化物酶活性，可以催化过氧化氢产生ros，从而使无色的tmb氧化成蓝色氧化态tmb，从而达到比色传感的目的。

33、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：

34、(1)本发明制备的zfps具有类过氧化物酶、类卤素过氧化物酶和类谷胱甘肽过氧化物酶三种酶活性；

35、(2)本发明制备的zfps掺杂了磷，硫元素，使得三种类酶活性大幅度提升，解决了现有技术中存在催化活性位点不足导致催化活性不高的问题；

36、(3)本发明制备的zfps酶催化活性受温度的限制降低，低温条件下也能达到相同的酶催化效果；

37、(4)本发明制备的zfps能够使用更少的zfps达到高效快速杀菌的目的，当zfps水溶液浓度低至10μg/ml时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率达到99.5％；

38、(5)本发明制备的zfps对h2o2的亲和力增加，通过tmb显色反应，能够可视化检测较低浓度的h2o2，达到了快速检测的目的；

39、(6)本发明的制备方法简单，通过高温煅烧的一锅法简单高效制备了zfps。