一种以丝状噬菌体模板合成二氧化锰纳米线的方法及应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料、催化及分析化学领域，具体包括一种基于丝状噬菌体作生物模板合成二氧化锰纳米线的制备方法及其在催化方面的应用。该方法利用丝状噬菌体固有的纳米结构特征及其衣壳蛋白的性质，将丝状噬菌体与二价锰离子混合，加入氢氧化钠后常温反应以使丝状噬菌体表面生成二氧化锰，从而得到了直径10−50 nm的二氧化锰纳米线。该材料同时具有仿酶催化特性和电化学催化特性，使其在分析化学、电容器和催化领域有着广阔的应用前景。该方法以天然的生物纳米结构为模板，制备工艺简单，反应条件温和环保，纳米结构易控。

Method and application for synthesizing manganese dioxide nanowire by filamentous phage template

The invention relates to the field of nanometer materials, catalysis and analytical chemistry, in particular to a method for preparing manganese dioxide nanowires based on filamentous bacteriophages as biological templates and its application in catalysis. The properties of nanometer structure and capsid protein of filamentous phage inherent, the filamentous phage and two manganese ions mixed at room temperature after adding sodium hydroxide to generate filamentous phage to obtain manganese dioxide, a diameter of 10 - 50 nm two manganous oxide nanowires. The material also has the characteristics of mimic enzyme catalysis and electrochemical catalysis, and it has wide application prospects in analytical chemistry, capacitor and catalysis field. The method takes natural biological nano structure as template, and has the advantages of simple preparation process, mild reaction condition, environmental protection and easy control of nanometer structure.

【技术实现步骤摘要】
一种以丝状噬菌体模板合成二氧化锰纳米线的方法及应用
本专利技术涉及纳米材料、催化及分析化学领域，具体包括一种基于丝状噬菌体为生物模板合成二氧化锰纳米线的制备方法及其在催化、电容器、显色分析、电化学传感方面的应用。
技术介绍
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1−100nm）的材料。纳米线是指一种在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维结构纳米材料。近年来，二氧化锰作为一种具有重要工业用途的金属氧化物，已经引起了各领域的广泛关注。科研人员利用多种方法合成了不同形貌的纳米级二氧化锰，凭借其独特的结构和性能，将其广泛应用在了电池、磁性材料、催化剂等领域。Boppana等人在《NanostructuredMnO2:anefficientandrobustwateroxidationcatalyst》一文中利用水热法合成了MnO2纳米线和纳米管，并将其作为催化剂（ChemicalCommunications2011，47，8973-8975）。Hsu等人在《ReversiblephasetransformationofMnO2nanosheetsinanelectrochemicalcapacitorinvestigatedbyinsituRamanspectroscopy》一文中利用电化学沉积法合成了MnO2纳米片，并将其用于电容器（ChemicalCommunications2011，47，1252-1254）。Dongale等人在《DevelopmentofnanofiberMnO2thinfilmelectrodeandcyclicvoltammetrybehaviormodelingusingartificialneuralnetworkforsupercapacitorapplication》一文中利用极化技术合成了MnO2纳米线，并将其用作超级电容器（MaterialsScienceinSemiconductorProcessing2015，36，43-48）。Pan等人在《Greenandlarge-scaleone-potsynthesisofsmall-sizedgraphene-bridgedmanganesedioxidenanowirenetworkasnewelectrodematerialforelectrochemicalsensing》中利用水热法合成了MnO2纳米线，并将其用于电化学传感器（JournalofSol-GelScienceandTechnology2015，76，341-348）。但是，这些二氧化锰纳米材料的合成往往需要高温高压、复杂的过程或设备，且材料的尺寸和形貌难于控制、容易团聚分散性不好。因此，如何在温和条件下利用简单的方法和设备合成得到形貌均一、稳定的纳米MnO2材料是一项富有意义的工作。生物模板纳米材料，属于生物纳米材料，即以各种天然的生物材料为模板，模拟生物矿化过程，生成具有纳米结构的材料。生物模板法避免了有机试剂的使用、不温和的合成条件及复杂的纳米材料合成步骤。充满魅力的大自然给人们提供了丰富的天然生物模板（如：蛋白质、DNA、细胞、噬菌体）。经对现有文献的检索发现，科研人员利用线状病毒（如：M13噬菌体、TMV病毒）作模板合成了各种纳米线，贵金属、过渡金属无机盐、氧化物或硫化物可以在线状模板上生长以实现纳米线的结构控制。Shenton等人在《Inorganic–organicnanotubecompositesfromtemplatemineralizationoftobaccomosaicvirus》一文中利用TMV病毒合成了CdS、PbS、铁氧化物、SiO2纳米线（AdvancedMaterials，1999，11，253−256）。Mao等人在《Virus-basedtoolkitforthedirectedsynthesisofmagneticandsemiconductingnanowires》一文中利用丝状噬菌体，通过基因调控，合成了ZnS、CdS、CoPt、FePt纳米线（Science2004，303，213−217）。Nam等人在《Peptide-mediatedreductionofsilverionsonengineeredbiologicalscaffolds》一文中利用M13噬菌体作模板合成了Ag纳米线（ACSNano，2008，2，1480−1486）。Nam等人在《Virus-enabledsynthesisandassemblyofnanowiresforlithiumionbatteryelectrodes》一文中利用M13噬菌体模板合成了Co3O4纳米线（Science2006，312，885−888）。Oh等人在《M13virus-directedsynthesisofnanostructuredmetaloxidesforlithium–oxygenbatteries》一文中利用M13噬菌体作模板合成了Co3O4纳米线（NanoLetters2014，14，4837-4845）。综上所述，各种各样的基于线状病毒的无机纳米线被合成，此模板法反应条件温和、操作简单，制备的纳米形貌均一、生物相容性好。遗憾的是，迄今，基于线状病毒模板或其他生物模板的MnO2纳米线的温和制备尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于丝状噬菌体生物模板的二氧化锰纳米线的制备方法及其应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于丝状噬菌体为生物模板合成二氧化锰纳米线的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将丝状噬菌体与含有二价锰离子的水溶液混合均匀，静置一段时间；(2)向上述混合溶液中加入一定量的碱液并混匀，振荡反应一段时间后生成黄褐色悬浊液；(3)将上述反应液离心，去除含有未反应成分的上清液，收集沉淀，4°C保存以备用；也可通过透析或过滤的方法收集纯化二氧化锰纳米线。优选是，所述含有二价锰离子的水溶液可由醋酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰等配制而成；所述碱液可由氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等配制而成。上述的二氧化锰纳米线的应用，其特征在于：所述二氧化锰纳米线具有仿过氧化物酶的催化活性，可作为分析检测的催化剂。优选是，所述二氧化锰纳米线可作为催化剂用于H2O2的检测。进一步的优选是，所述检测H2O2时加入有机显色剂；所述有机显色剂为2,2’-联氮-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二胺盐（ABTS）或3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）。上述的二氧化锰纳米线的应用，其特征在于：所述二氧化锰纳米线具有电化学催化活性，可作为定性/定量分析的催化剂的应用。优选是，所述二氧化锰纳米线可作为电化学催化剂用于H2O2的电化学检测。进一步的优选是，检测H2O2时，使用三电极系统，将其置于含有不同浓度H2O2的PBS溶液中，在-0.2−+0.8V的电位窗下以25mV/s的扫速进行循环伏安法测定。由峰电流响应测定H2O2浓度。所述三电极系统包括将二氧化锰纳米线修饰电极（工作电极）、饱和甘汞电极（参比电极）、铂丝电极（对电极）。所述二氧化锰纳米线修饰电极制备方法如下，将二氧化锰纳米线分散到水中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于丝状噬菌体为生物模板合成二氧化锰纳米线的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1) 将丝状噬菌体与含有二价锰离子的水溶液混合均匀，静置一段时间；(2) 向上述混合溶液中加入一定量的碱液并混匀，振荡反应一段时间；(3) 将上述反应液离心，去除含有未反应成分的上清液，收集沉淀，4°C保存以备用；也可通过透析或过滤的方法收集纯化二氧化锰纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种基于丝状噬菌体为生物模板合成二氧化锰纳米线的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将丝状噬菌体与含有二价锰离子的水溶液混合均匀，静置一段时间；(2)向上述混合溶液中加入一定量的碱液并混匀，振荡反应一段时间；(3)将上述反应液离心，去除含有未反应成分的上清液，收集沉淀，4°C保存以备用；也可通过透析或过滤的方法收集纯化二氧化锰纳米线。2.按权利要求1所述的二氧化锰纳米线的制备方法，其特征在于，所述含有二价锰离子的水溶液可由醋酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰等配制而成；所述碱液可由氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等配制而成。3.按权利要求1或2所述的二氧化锰纳米线，其特征在于：所述二氧化锰纳米线具有仿酶催化的特性，可作为定性/定量分析的催化剂。4.按权利要求3所述的二氧化锰纳米线的应用，其特征在于：所述二氧化锰纳米线可作为催化剂用于H2O2的显色法检测和医药催化剂。5.按权利要求4所述的二氧化锰纳米线的应用，其特征在于：所述检测H2O2时加入有机显色剂；所述有机显色剂为2,2’-联氮-双（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱骅，韩磊，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37