[发明专利]铂‑磺化石墨烯复合纳米材料模拟过氧化物酶

说明书

技术领域

本发明涉及具有模拟过氧化物酶特性的铂-磺化石墨烯复合纳米材料，属于纳米技术和仿生技术领域。

背景技术

天然酶主要是蛋白质，少量为核酸，是在维持生物的生命活动和化学反应等基本过程中发挥重要作用的物质。由于酶对底物结合的特异性及其高效的催化活性使得其在各个领域备受关注。然而，天然酶来源有限，提纯复杂困难，保存条件苛刻，操作过程中易受多种物理、化学环境影响导致变性失活等诸多弊端限制了天然酶的应用。具有天然酶相似功能的人工模拟酶恰恰能够克服天然酶上述的缺点，并且在热稳定性、制备成本、催化活性、生物检测等方面展现出巨大的优势。因此，人工模拟酶的研究开发与应用越来越多的受到人们的重视。

过氧化物酶一般是催化过氧化氢或其他过氧化物，表现为易对多种有机物或无机物产生氧化作用。在过氧化物酶研究中，研究最为广泛的是具有模拟过氧化物酶活性的碳纳米材料。由于碳纳米材料的低成本，易大规模生产，可长期存储以及在恶劣环境中保持高度稳定性等优点，使其被广泛应用于环境检测和生物医学等领域。目前，石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳量子点、石墨烯量子点等均被报道具有过氧化物模拟酶活性，但相比于自然酶，这些碳材料的低催化性能限制了其应用。

纳米级别的铂粒子具有独特的物理和化学性质，被广泛地应用于生物传感器、光化学与电化学催化、半导体荧光探针、光电子器件等领域。近年来，研究者们致力研究铂纳米粒子稳定剂以克服其在溶液中的低分散性、易产生团聚沉降现象、电子传递途径易被部分阻断及表面活性位点易被掩盖等缺陷。现已报道的铂纳米粒子稳定剂有水溶性小分子化合物柠檬酸钠、烷基胺、乙二醇，水溶性聚合物聚乙烯吡咯烷酮、聚（酰胺-胺）、聚（丙烯酸），蛋白质类牛血清白蛋白、去铁铁蛋白、溶菌酶，碳材料碳纳米、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯等。用上述稳定剂制备的复合材料在一定程度上克服了铂纳米粒子本身存在的一些缺陷，但是其合成过程操作复杂、耗费试剂多且制备时间长，或降低了原本铂纳米粒子的催化活性。因此，寻求快速、简便的制备方法获得高稳定性、高活性的铂纳米材料具有重大意义。

本发明利用磺化石墨烯作为支撑载体，通过硼氢化钠还原合成的方法，制备磺化石墨烯-纳米铂复合材料，该复合材料对底物3，3’，5，5’-四甲基联苯胺（TMB）和过氧化氢（H₂O₂）同时具有高亲和力。

发明内容

本发明的目的是提供一种以磺化石墨烯为基底，通过硼氢化钠还原法合成铂纳米粒子-磺化石墨烯复合材料，利用铂纳米粒子-磺化石墨烯复合材料的优良催化特性模拟过氧化物酶。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的铂-磺化石墨烯复合纳米材料模拟过氧化物酶，其特征是铂-磺化石墨烯复合纳米材料具有过氧化物酶特性，催化过氧化氢氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色；所述的铂-磺化石墨烯复合纳米材料由以下方法制备的：往12.559 mL浓度为2.389 mg/mL的磺化石墨烯溶液中加入1.796 mL浓度7.9 mmol/L的氯铂酸水溶液，混匀剧烈搅拌15分钟后，逐滴加入0.645 mL浓度为2.5 mg/mL硼氢化钠水溶液，搅拌4小时后即得铂-磺化石墨烯复合纳米材料水溶液，真空干燥后得到铂-磺化石墨烯复合纳米材料粉末。

所述磺化石墨烯的制备方法为：将Hummers法制备出的氧化石墨烯分散于去离子水中，超声处理3小时得到4 mg/mL氧化石墨烯的分散体系，往氧化石墨烯分散体系加入5wt%碳酸钠溶液，使得体系pH值为9~10，然后加入30 mL浓度为 0.16 g/mL 硼氢化钠溶液，在80 ℃下搅拌反应1小时，8000转/分钟离心后用水洗涤沉淀，得到中性的还原氧化石墨烯，将还原氧化石墨烯分散于去离子水中，得到还原氧化石墨烯悬浮液75 mL，再将对氨基苯磺酸重氮盐加入到还原氧化石墨烯悬浮液中并在冰浴条件下搅拌反应2小时，离心后用双蒸水洗涤沉淀至pH值为7，得到呈中性的耦合物，将上述所得的耦合物分散于150 mL去离子水中，加入10 mL浓度为1.6 g/mL水合肼，在100 ℃下搅拌24小时进行还原反应，然后滴加5 wt %碳酸钠溶液沉淀磺化石墨烯，将上述制得的磺化石墨烯用双蒸水进行彻底洗涤，然后将磺化石墨烯在一定温度下进行真空干燥，得到磺化石墨烯固体，取119.45 mg磺化石墨固体溶解于50 mL双蒸水，常温下超声5小时，充分剥离后得到2.389 mg/mL透明澄清的棕黑色磺化石墨烯水溶液。