优化纳米酶颗粒活性的方法技术

本发明专利技术提供了一种优化纳米酶颗粒活性的方法，具体是利用含咪唑环的小分子化合物进行修饰，以改善其对底物H2O2的亲和力，从而实现纳米酶颗粒活性优化。通过本发明专利技术的方法，将纳米酶颗粒对底物H2O2的亲和力提高了12倍，将纳米酶颗粒的催化效率提高了21倍。本发明专利技术通过对天然酶活性中心的模拟，实现对纳米酶颗粒活性的优化，将会对纳米酶颗粒的活性优化提供更多的新方法，并推动纳米酶颗粒在生物纳米技术领域的实际应用。

【技术实现步骤摘要】
优化纳米酶颗粒活性的方法
本专利技术属于纳米材料学、纳米生物学和纳米医学研究领域。更具体而言，本专利技术提供了一种新的优化纳米酶颗粒的方法。
技术介绍
自20世纪中期以来，为了弥补天然酶在实际应用中的一些缺陷，人工合成酶或者模拟酶已经引起了研究人员的极大兴趣。但是，因为人工合成材料的低活性和低选择性，大大的限制了人工模拟酶的应用范围。构建理想的人工模拟酶仍然面临很多挑战。最近，专利技术人发现，无机Fe3O4纳米颗粒等本身就具有内在的酶活性1，并将这种具有内在酶活性的纳米材料称为纳米酶颗粒2。作为纳米酶颗粒中的典型代表，Fe3O4纳米酶颗粒的报道，引领了纳米酶颗粒研究的热潮，陆续有近百种纳米颗粒的不同纳米酶颗粒活性被陆续报道3,4，并被广泛的应用于生物纳米
，比如生物传感、生物成像、组织工程、肿瘤的诊断和治疗等等5-7。尽管纳米酶颗粒的具有很高的酶催化活性，但是在实际的应用过程中，其催化效率及对底物的选择性仍然需要进一步的优化2。现在对纳米酶颗粒优化的方法主要集中在对纳米颗粒纳米尺度的控制，包括尺寸、结构、形貌、掺杂以及表面电荷修饰等等，这些方法对纳米酶颗粒活性的改善都存在一定的局限性，并不具有普适性。因此，需要建立一种新的优化纳米酶颗粒活性的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种活性优化的纳米酶颗粒，获得所述活性优化的纳米酶颗粒的方法及其优化纳米酶颗粒的方法。本专利技术人通过分析天然酶的活性结构中心，通过确定对活性中心起决定性作用的氨基酸为组氨酸，同时分析组氨酸的关键作用基团咪唑环，并利用包含咪唑环的化合物模拟组氨酸修饰纳米酶颗粒表面来实现纳米酶颗粒的优化。本专利技术所述的纳米酶颗粒包含所有具有内在酶活性的纳米颗粒，在本专利技术中优选指Fe3O4纳米颗粒。具体而言，本专利技术的第一个方面提供一种活性优化的纳米酶颗粒，所述活性优化的纳米酶颗粒通过将纳米酶颗粒用含有咪唑环的化合物修饰获得。在优选的实施方案中，所述纳米酶颗粒选自Fe3O4纳米颗粒、硫化铁纳米颗粒、贵金属掺杂氧化铁纳米颗粒、双金属合金纳米颗粒和氧化铈纳米颗粒或其任意组合。在优选的实施方案中，所述含有咪唑环的化合物如下式所示其中R选自C1-C7烷基、C1-C7烷氧基、-CH-CH-CHNH2-COOH，-CH-CH-CH-NH2或-CH-NO2。在优选的实施方案中，所述含有咪唑环的化合物选自组氨酸、组胺、硝基咪唑或其任意组合。本专利技术的第二个方面提供一种获得本专利技术第一方面所述的活性优化的纳米酶颗粒的方法，所述方法包括合成所述纳米酶颗粒，同时在合成的过程中加入所述含有咪唑环的化合物。在优选的实施方案中，所述合成为水热法合成。本专利技术的第三个方面提供一种优化纳米酶颗粒的方法，所述方法包括用含有咪唑环的化合物修饰所述纳米酶颗粒。在优选的实施方案中，所述纳米酶颗粒选自Fe3O4纳米颗粒、硫化铁纳米颗粒、贵金属掺杂氧化铁纳米颗粒、双金属合金纳米颗粒和氧化铈纳米颗粒或其任意组合。在优选的实施方案中，所述含有咪唑环的化合物如下式所示其中R选自C1-C7烷基、C1-C7烷氧基、-CH-CH-CHNH2-COOH，-CH-CH-CH-NH2或-CH-NO2。在优选的实施方案中，所述含有咪唑环的化合物选自组氨酸、组胺、硝基咪唑或其任意组合。其中，术语“活性优化的”是指改善纳米酶颗粒对底物H2O2的亲和力，与原纳米酶颗粒相比，提供更高的催化效率。术语“纳米酶颗粒”是指所有具有内在酶活性的纳米颗粒，在本专利技术中特别指金属氧化物纳米颗粒，例如Fe3O4纳米颗粒、硫化铁纳米颗粒、贵金属掺杂氧化铁纳米颗粒、双金属合金纳米颗粒和氧化铈纳米颗粒或其任意组合。术语“含有咪唑环的化合物”是指含有咪唑环结构的任何化合物，具体可以包括组氨酸、组胺、硝基咪唑或其任意组合。其中含咪唑环的化合物结构如下式所示：其中R选自C1-C7烷基、C1-C7烷氧基、-CH-CH-CHNH2-COOH，-CH-CH-CH-NH2或-CH-NO2。在优选的实施方案中，所述含咪唑环的化合物选自以下各项：术语“水热法”又称热液法，是指在密封的压力容器中，以液体为溶剂，在高温高压的条件下进行的合成磁颗粒的方法8。本专利技术通过对天然辣根过氧化物酶(HRP)的结构及其活性中心的研究，发现对其催化活性中心起关键作用的氨基酸。通过模拟这种氨基酸修饰，将纳米酶颗粒对底物H2O2的亲和力提高了12倍，将纳米酶颗粒的催化效率提高了21倍。本专利技术通过对天然酶活性中心的模拟，实现对纳米酶颗粒活性的优化，将会对纳米酶颗粒的活性优化提供更多的新方法，并推动纳米酶颗粒的在生物纳米
的实际应用。附图说明图1对组氨酸修饰的Fe3O4纳米酶颗粒的表征。A.对不同修饰的Fe3O4纳米酶颗粒的TEM及SEM表征；B.对氨基酸修饰的Fe3O4纳米酶颗粒的XPS表征。图2组氨酸修饰可以显著性得提高底物H2O2结合到Fe3O4纳米酶颗粒的KM值。A.相同条件下，随着时间变化的过氧化物酶催化反应曲线。B.米氏反应方程分析。图3组胺修饰可以显著性的提高Fe3O4纳米酶颗粒的催化活性具体实施方式下面结合附图来详细阐述本专利技术，但所述的实施例内容并不限制本专利技术。本实施例中的化学试剂，除非特别指明，均购自于Sigma-AldrichInc.(USA).实施例1：氨基酸修饰Fe3O4纳米酶颗粒的制备及表征在本实施例中，氨基酸修饰的Fe3O4纳米酶颗粒的合成采用的是水热法。具体如下：将3gFeCl3加入80mL乙二醇中混匀，充分溶解后，加入6g无水醋酸钠，0.1g丙氨酸或者组氨酸，充分混合30分钟，然后将样品放入反应釜中，200℃反应14个小时。冷却后，磁分离，乙醇清洗后，60℃烘干，分装保存。此方法合成的的Fe3O4纳米酶颗粒表面为丙氨酸或者组氨酸修饰，分别记为Ala-Fe3O4，His-Fe3O4。其中未修饰的Fe3O4纳米酶颗粒记为Naked-Fe3O4。经氨基酸修饰的Fe3O4纳米酶颗粒颗粒及未修饰的Fe3O4纳米酶颗粒纳米颗粒的表征是利用透射电子显微镜TEM(JEOL2000FX200kV)，扫描隧道显微SEM(SEM,HitachiS-4800)拍摄。氨基酸修饰Fe3O4纳米酶颗粒表面咪唑环使用X射线光电子能谱学XPS(ESCALab220i-XL)表征。结果见图1，氨基酸的修饰对Fe3O4纳米酶颗粒的尺寸没有任何影响。而且不同氨基酸修饰的尺寸也是相同的。XPS表征表征组氨酸修饰的Fe3O4纳米酶颗粒表面具有N1官能团(咪唑环)。实施例2组氨酸修饰对Fe3O4纳米酶颗粒活性的影响0.2μg不同氨基酸修饰的Fe3O4纳米酶颗粒及裸的Fe3O4纳米酶颗粒加入100μL反应液(0.2M醋酸钠，pH4.5)中。然后加入终浓度为0.1M的H2O2及0.8mM的3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)，酶标仪iMarkTMMicroplateReader(Bio-Rad,USA)测量652nm的吸光值。结果如图2A所示，组氨酸修饰可以显著性的提高Fe3O4纳米酶颗粒的过氧化物酶活性。实施例3组氨酸修饰对Fe3O4纳米酶颗粒对底物H2O2的亲和力及反应动力学的影响Fe3O4纳米酶颗粒及HRP对底物H2O2的反应动力学按照如下方案进行：不同修饰的Fe3O4纳米酶颗粒0.2μg或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性优化的纳米酶颗粒，所述活性优化的纳米酶颗粒通过将纳米酶颗粒用含有咪唑环的化合物修饰获得。

【技术特征摘要】
1.一种活性优化的纳米酶颗粒，所述活性优化的纳米酶颗粒通过将纳米酶颗粒用含有咪唑环的化合物修饰获得。2.根据权利要求1所述的活性优化的纳米酶颗粒，其中所述纳米酶颗粒选自Fe3O4纳米颗粒、硫化铁纳米颗粒、贵金属掺杂氧化铁纳米颗粒、双金属合金纳米颗粒和氧化铈纳米颗粒或其任意组合。3.根据权利要求1所述的活性优化的纳米酶颗粒，其中所述含有咪唑环的化合物如下式所示其中R选自C1-C7烷基、C1-C7烷氧基、-CH-CH-CHNH2-COOH，-CH-CH-CH-NH2或-CH-NO2。4.根据权利要求1所述的活性优化的纳米酶颗粒，其中所述含有咪唑环的化合物选自组氨酸、组胺、硝基咪唑或其任意组合。5.一种获得权利要求1-3中任一项所述的活性优化的纳米酶颗粒的方法，所述方法包括合...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎锡蕴，范克龙，高利增，段德民，
申请(专利权)人：中国科学院生物物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11