一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用，本发明专利技术提供的铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用，相比于目前常见的铑催化氢化反应，本发明专利技术开发了一种全新的铑片纳米酶的催化应用，同时具有极高的模拟过氧化物酶活性、模拟氧化物酶活性、模拟超氧化物歧化酶活性和模拟过氧化氢酶活性4种催化活性，具有宽泛的pH值和温度使用范围，这使其更能适应各种催化、检测的复杂环境条件中，利于进一步拓展应用范围，可作为一种新颖的多功能纳米酶用于免疫分析、生化检测和临床诊断等领域，具有非常良好的市场前景和较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用
本专利技术属于纳米酶领域，涉及一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用。
技术介绍
自单层石墨烯问世以来，一系列二维类石墨烯层状材料相继被报道。由于比表面积大、活性位点多、催化活性可调节和较高的稳定性，二维类石墨烯材料作为模拟酶已受到了材料、化学和生物等领域广泛的关注。如少数层金属纳米片、过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、石墨相氮化碳、层状双氢氧化物、金属-有机框架材料等，表现出了类似辣根过氧化物酶(HRP)性质，在生物催化剂、生物传感器和生物药等领域展示出了较大的应用潜力。然而，当前的纳米酶研究存在几个突出的问题：(1)层状材料的催化效率不够高，活性相对HRP还较差；(2)材料主要表现出类似过氧化物酶性质，而其它模拟酶性质未得到充分探索，因而催化功能较单一；(3)在更广泛的意义上，纳米酶的组成多限于碳基材料以及含有Fe、Co、Ni、Mn、Au、Pt、Ag、Cu、Pd、W、Mo、Ce、Ru、Ir等的金属或其合金、氧化物、硫化物和卤化物等，而对其它元素如Rh等的利用则很少。因此，有必要开发一种高效而多功能的新型超薄层纳米酶，从而拓宽模拟酶的应用范围，以便更好地服务于生化检测、免疫分析和临床诊断等实际应用中。理论上，材料表面原子暴露得越多，催化剂与反应物接触就越有利，催化活性就越高。而单原子层金属纳米片，其暴露的活性原子具有最大的不饱和配位，应能达到高效的表面催化效率。特别重要的是，以单层金属纳米材料为模型研究其模拟酶性质，可为探寻其表面催化机制从而实现高活性纳米酶设计提供有益的指导。然而，迄今为止，单原子层金属纳米酶尚未被报道。因此，如何开发一种单原子层金属纳米酶应用于模拟酶催化中，具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用。本专利技术提供的铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用，相比于目前常见的铑催化氢化反应，本专利技术开发了一种全新的铑片纳米酶的催化应用，同时具有极高的模拟过氧化物酶活性、模拟氧化物酶活性、模拟超氧化物歧化酶活性和模拟过氧化氢酶活性4种催化活性，可以通过利用不同的模拟酶活性构建不同的方法，或更进一步应用于未知的领域的催化研究中。优选地，所述铑片纳米酶由单层铑原子组成。在本专利技术中，铑片纳米酶由单层铑原子组成，使得铑原子最大程度暴露在纳米片表面，保证了铑片纳米酶的高催化活性，并且铑片对催化底物具有高亲和性，相当于HRP的亲和性。在本专利技术中，单层铑片纳米酶相比于铑纳米颗粒，催化活性更高，并且同时具有4种催化活性，而现有公开的方法中的铑纳米颗粒仅有1种催化活性，应用范围有限。优选地，所述模拟生物酶催化包括将铑片纳米酶用作模拟氧化物酶、模拟过氧化物酶、模拟超氧化物歧化酶或模拟过氧化氢酶中的任意一种或至少两种的组合进行催化。优选地，当铑片纳米酶用作模拟氧化物酶或过氧化物酶时，所述铑片纳米酶能够催化氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)、2,2'-联氮基-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二氨盐(ABTS)、多巴胺(DOPA)、二氨基联苯胺(DAB)或邻苯二胺(OPD)生成显色产物。在本专利技术中，显色产物为催化不同的底物，底物经反应生成的与底物相对应的显色产物，而显色可以进一步作为指示剂、检测剂、分析试剂等进行其他应用。在本专利技术中，铑片纳米酶对底物过氧化氢的催化最大反应的速率(Vmax)达到了68.09×10-8M·s-1，是HRP的8倍，相比于其它层状材料如单层石墨烯氧化物、少数层钯纳米片和少数层状过渡金属硫化物(硫化钼、硒化钼、硫化钨、硒化钨等)的活性高几倍到几十倍不等；此外，从催化常数(Kcat)来看，对于相同的催化底物TMB，铑片纳米酶的催化活性分别约是HRP、铑纳米粒子、少数层钯纳米片的21倍、212倍和7倍；对于相同的催化底物过氧化氢，铑片纳米酶的催化活性分别约是HRP、铑纳米粒子、少数层钯纳米片的128倍、323倍和34倍。优选地，当铑片纳米酶用作超氧化物歧化酶模拟酶时，所述铑片纳米酶能够催化超氧自由基发生歧化反应生成过氧化氢和氧气。优选地，当铑片纳米酶用作模拟过氧化氢酶时，所述铑片纳米酶能够催化过氧化氢反应生成水和氧气。优选地，所述铑片纳米酶进行催化反应的pH值为2-12，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12。优选地，所述铑片纳米酶进行催化反应的温度为5-85℃，例如可以是5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃。在本专利技术中，铑片纳米酶具有宽泛的pH值和温度使用范围，这使其更能适应各种催化、检测的复杂环境条件中，利于进一步拓展应用范围。优选地，当铑片纳米酶用作模拟氧化物酶或模拟过氧化物酶时，催化反应的pH值为2-6，例如可以是2、3、4、5或6，优选pH值为4。在本专利技术中，当pH值为4时，铑片纳米酶的催化活性最高，超过4后，活性开始下降。优选地，催化反应的温度为10-70℃，例如可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃或70℃，进一步优选为30-60℃。在本专利技术中，铑片纳米酶的催化活性，随着温度的变化而变化，从10℃到50℃，活性逐渐增大，在30℃到60℃范围内保持较高的活性，而当温度超过70℃后，活性降低，但相对活性也超过了50％，具有较宽的温度使用范围。优选地，当铑片纳米酶用作模拟超氧化物歧化酶时，催化反应的pH值为6-8，例如可以是6、7或8，优选pH值为7-8。优选地，催化反应的温度为5-55℃，例如可以是5℃、15℃、25℃、37℃、45℃或55℃，进一步优选为25-37℃。优选地，当铑片纳米酶用作模拟过氧化氢酶时，催化反应的pH值为2-12，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12，优选pH值为9-12。优选地，催化反应的温度为5-85℃，例如可以是5℃、25℃、37℃、45℃、55℃、65℃、75℃或85℃，进一步优选为37-75℃。优选地，所述铑片纳米酶用作模拟过氧化物酶时，用于比色检测过氧化氢和/或黄嘌呤。在本专利技术中，铑片纳米酶相比于纳米片状硒化钼、铱纳米粒子对于黄嘌呤的检测(检测限分别为1.964μM、5.2μM)，具有非常低的检测限0.73μM，表现出更高的灵敏度；此外，对比同样条件下黄嘌呤衍生物、糖类化合物、代谢物或金属离子的比色检测，铑片纳米酶对黄嘌呤表现出了高度选择性。在本专利技术中，所述铑片纳米酶还可以应用于制备免疫分析制剂、生物检测试剂或临床诊断试剂中。本专利技术提供的铑片纳米酶在应用时，由于具有较宽的pH值与温度的适用范围，因此可以适用较宽的反应体系，可进一步进行免疫分析、生物检测或临床诊断等方面的研究。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用，相比于目前常见的铑催化氢化反应，本专利技术开发了一种全新的铑片纳米酶的催化应用，同时具有极高的模拟过氧化物酶活性、模拟氧化物酶活性、模拟超氧化物歧化酶活性和模拟过氧化氢酶活性4种催化活性，可以通过利用不同的模拟酶活性构建不同的方法，或更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用。

【技术特征摘要】
1.一种铑片纳米酶在模拟生物酶催化中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述铑片纳米酶由单层铑原子组成。3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述模拟生物酶催化包括将铑片纳米酶用作模拟氧化物酶、模拟过氧化物酶、模拟超氧化物歧化酶或模拟过氧化氢酶中的任意一种或至少两种的组合进行催化。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，当铑片纳米酶用作模拟氧化物酶时，所述铑片纳米酶能够催化氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺、2,2'-联氮基-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二氨盐、多巴胺、二氨基联苯胺或邻苯二胺生成显色产物；优选地，当铑片纳米酶用作模拟过氧化物酶时，所述铑片纳米酶能够催化过氧化氢氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺、2,2'-联氮基-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二氨盐、多巴胺、二氨基联苯胺或邻苯二胺生成显色产物；优选地，当铑片纳米酶用作模拟超氧化物歧化酶时，所述铑片纳米酶能够催化超氧自由基发生歧化反应生成过氧化氢和氧气；优选地，当铑片纳米酶用作模拟过氧化氢酶时，所述铑片纳米酶能够催化过氧化氢反应生成水和氧气。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨蓉，蔡双飞，肖蔚，王琛，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11