[发明专利]一种氮掺杂石墨烯量子点-铁离子复合纳米酶及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂石墨烯量子点‑铁离子复合纳米酶及其制备方法和应用，属于纳米酶技术领域。所述氮掺杂石墨烯量子点‑铁离子复合纳米酶的制备方法，包括，以1‑氨基芘为碳源和氮源，H₂O为反应介质，通过一步水热法合成氮掺杂型石墨烯量子点，与Fe³⁺复合后制得氮掺杂石墨烯量子点‑铁离子复合纳米酶，该纳米复合物具有拟过氧化物酶活性。氮掺杂石墨烯量子点‑铁离子复合纳米酶可以作为拟过氧化物酶，区分对苯二酚及其同分异构体，实现对对苯二酚的选择性比色检测。本发明制备方法简单，合成的纳米酶活性高。

技术领域

本发明涉及纳米酶技术领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯量子点-铁离子复合纳米酶及其制备方法和在检测对苯二酚中的应用。

背景技术

天然酶作为生物催化剂，能高效催化各种生物化学反应。然而，天然酶纯化成本较高、易于被蛋白酶水解、在极端pH和温度下容易变性。因此，合成具有模拟天然酶功能的“人工酶”广受关注。随着研究的深入，“纳米酶”成为近年来模拟酶领域的研究热点。纳米酶是指在纳米尺度上能呈现出酶学特性的纳米材料。与天然酶类似，纳米酶能在温和的生理条件下高效氧化酶的底物，产生与天然酶相同的反应产物，并可作为酶的替代品调节细胞代谢，用于疾病的诊断和治疗。与传统的人工酶相比，纳米酶更加稳定，成本更加低廉；并且纳米级的尺寸赋予了其诸多独特的性质，例如纳米酶的催化具有尺寸依赖性、多功能性以及对外部刺激的灵敏响应性。拟过氧化物酶是重要的纳米酶研究领域。目前研究者已经开发了铁基、钒基、金属基等多种拟过氧化物酶，然而这些材料本身存在一些弊端，如生物相容性较差，成本较高，制备过程复杂等。碳基纳米材料具有高的生物相容性、丰富的结构近年来广受关注。

石墨烯量子点(graphene quantum dot，GQDs)拥有良好的水溶性、较大的比表面积、易于表面功能化及发光特性可调节等多种优异的物理和化学特性，是用作拟过氧化物酶研究的理想材料。现有报道的石墨烯量子点纳米酶通常以含氧官能团为主，如通过在热的浓硝酸中氧化切割炭黑或者碳纳米管，可以制备具有拟过氧化物酶活性的GQDs纳米酶。但这一制备方法需要用到大量强氧化性酸，反应对环境不友好，且反应耗时、产率低。

科学家们研究发现，天然酶的催化活性中心大多为金属基蛋白。例如，辣根过氧化物酶(HRP)的催化中心为铁卟啉。其中，铁卟啉单元的Fe(III)可以吸附过氧化物，并且卟啉骨架中的C-N键可以促进催化过程中的电子转移。受这一启发，研究者将碳基纳米材料与金属单质/氧化物或金属离子结合，用于模拟铁卟啉的结构，制备新颖的拟过氧化物酶，例如碳点/Fe₃O₄(Sensors and Actuators B:Chemical,2017,247:691-696)、FePt-石墨烯氧化物(Materials ScienceEngineering,2018,90:610-620)、Cu²⁺-C₃N₄(Nano Letters,2017,17(3):2043-2048)、Pt-碳点(New Journal of Chemistry,2015,39(5):4141-4146)等。

将杂原子掺杂到GQDs中制备杂原子掺杂GQDs是调控GQDs结构和性质的有效手段。纳米酶若想与底物实现特异性结合必须具有能够特异性识别底物的结构或基团。因此，如何将GQDs与金属离子复配，通过模拟天然酶的结构，得到催化性能增强的纳米酶是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是将GQDs与金属离子复合，进而提供一种新的纳米酶材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮掺杂石墨烯量子点-铁离子复合纳米酶的制备方法，包括，将氨基芘水溶液进行水热反应制得氮掺杂石墨烯量子点，然后往氮掺杂石墨烯量子点溶液中加入铁离子溶液，搅拌制得氮掺杂石墨烯量子点-铁离子复合纳米酶。