二氧化铱纳米酶的合成与应用制造技术

本发明专利技术涉及纳米催化、分析化学领域，具体包括二氧化铱（IrO2）纳米酶的合成与应用。IrO2纳米酶在酸性pH下具有过氧化物酶的活性，可催化过氧化氢和有机显色剂发生显色反应。本发明专利技术利用制备得到的IrO2纳米酶与肌氨酸氧化酶偶联来实现肌氨酸的定量分析。该发明专利技术可用于食品发酵、生物医药、化工、环境、生物技术等领域的定量分析和催化剂等方面。

Synthesis and Application of Iridium Dioxide Nanoenzyme

The invention relates to the field of nanocatalysis and analytical chemistry, in particular to the synthesis and application of iridium dioxide nanoenzyme. IrO2 nano-enzymes have peroxidase activity at acidic pH and can catalyze the color reaction of hydrogen peroxide and organic chromogenic reagents. The method realizes quantitative analysis of sarcosine by coupling the prepared IrO2 nanoenzyme with sarcosine oxidase. The invention can be used for quantitative analysis and catalysts in food fermentation, biomedicine, chemical industry, environment, biotechnology and other fields.

【技术实现步骤摘要】
二氧化铱纳米酶的合成与应用
本专利技术涉及分析化学领域，具体包括二氧化铱（IrO2）纳米酶的合成其作为仿酶材料的应用。
技术介绍
纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能，又有催化功能的模拟酶。纳米酶克服了天然酶的许多缺点，如价格昂贵、易失活和储存条件要求苛刻等，对生物传感、免疫分析、癌症诊断和治疗等领域产生了巨大影响。到目前为止，多种无机纳米材料，都表现出仿过氧化物酶、仿氧化酶、仿过氧化氢酶或仿超氧化物歧化酶等性能。其中，仿过氧化物酶活性指纳米材料具有同过氧化物酶一样作用的以H2O2为电子受体催化底物氧化的酶。已报道的具有仿过氧化物酶活性的无机纳米材料包括Fe3O4、γ-Fe2O3、FePO4、FePt、CuO、Cu3(PO4)2、CuS、Cu、CuInS2、Co3O4、CoFe、CoFe2O4、CeO2、CePO4、Gd、MnO2、MnSe、ZnO、BiFeO3、MoS2、WC、VO2、V2O3、Ir、Pd-Ir、Au、Pt、Au/CuS、Bi/Au、Ag/Pt、Ag/Pd、Ag/Au、Ag/Pt、Au/Pd、Si-dots、V2O5。值得注意的是，并不是所有金属氧化物都具有仿过氧化物酶活性。二氧化铱尚未报道具有仿酶活性。贵金属及其氧化物纳米颗粒对一些化学反应有着极高的催化活性。IrO2具有许多重要应用，包括作为超级电容和电致变色材料，神经元间刺激电极，用于pH感测和成像的超微电极以及用于氧和氯反应的催化剂。IrO2纳米颗粒在较宽的pH范围内对水分解析氧反应表现出较高的电催化活性。IrO2纳米颗粒近年来也被用作酶的电子传导基质，使其可用于生物传感器。但我们目前尚未发现IrO2具有仿酶活性。肌氨酸（Sarcosine），又名N‒甲基甘氨酸，是胆碱自然代谢为甘氨酸过程中的一个非编码氨基酸中间体，可以由氯乙酸与甲胺反应制得，也可以由甘氨酸通过N-甲基转移酶作用生成。肌氨酸有甜味，溶于水，存在于人体的肌肉及其他一些组织中，生理状态下正常人体血清中的肌氨酸含量是1.59±1.08nmol/L。肌氨酸可以从饮食摄入的胆碱或蛋氨酸代谢而来，但很快在体内转换为甘氨酸。甘氨酸作为结构性氨基酸，在人体生理过程中发挥着重要作用，是谷胱甘肽、肌酸、嘌呤和丝氨酸等活细胞必需成分的代谢来源。肌氨酸可激活前列腺癌细胞，并且其在尿液中被检测到意味着恶性前列腺癌的发生。肌氨酸成为前列腺癌进展和转移时显著增加的一个代谢产物，能够在尿液中被检测到，因而被确定为前列腺癌的一个特异性指标。因此肌氨酸的检测在治疗前列腺癌中具有重要作用。常用的肌氨酸的检测方法有电致化学发光分析、质谱法、荧光检测分析。目前，尚未报道基于纳米酶的肌氨酸检测方法。肌氨酸氧化酶（Sarcosineoxidase，简称SOX，EC.1.5.3.1）属于黄素蛋白氧化酶类,以FAD为辅因子,可催化肌氨酸中N‒甲基的氧化还原，是检测血清或尿液中肌酐含量的关键酶之一，广泛应用于医疗诊断领域。它可催化肌氨酸降解为甘氨酸、甲醛和过氧化氢。作为一种重要的诊断酶制剂，SOX被广泛应用于人体血清中肌酐水平的检测，用来判断肾功能的健康程度。综上所述，至今为止，基于纳米酶的肌氨酸检测分析鲜有报道，尚未报道IrO2纳米酶的合成及其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是确定IrO2纳米酶的合成及其作为仿酶材料的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种纳米酶材料及其应用，所述IrO2纳米酶具有仿过氧化物酶活性。优选是，所述仿过氧化物酶材料IrO2纳米酶合成过程为：(1)将K2IrCl6加入到柠檬酸氢钠溶液中，用NaOH调pH至7.5；(2)回流30min，室温冷却后，再调pH至7.5，继续回流，重复该过程直至pH恒定7.5；(3)将溶液通过氧气鼓泡进一步回流2小时，即得IrO2纳米酶。进一步的优选，所述仿过氧化物酶材料IrO2纳米酶可作为仿过氧化物酶催化剂，用于基于仿过氧化物酶活性的应用。更优选是，所述仿过氧化物酶材料IrO2纳米酶在酸性条件下作为具有过氧化物酶活性的催化剂，用于对肌氨酸进行定性/定量检测。具体的肌氨酸检测方法：(1)包含一定浓度的肌氨酸、肌氨酸氧化酶的磷酸盐缓冲液（pH8.0,10mmol/L）在37℃下反应30分钟；(2)将上述溶液离心，取上清液10µL，加入权利要求1-3中所述IrO2纳米酶、有机显色剂、醋酸盐缓冲液（pH3.5,100mmol/L），继续在37℃下反应30分钟；(3)观察溶液颜色变化来实现定性检测；(4)利用酶标仪检测有机显色剂氧化物的相应吸光值来实现定量检测。所述检测肌氨酸时加入有机显色剂；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）。本专利技术的效果是：1.本专利技术合成了具有过氧化物酶活性的IrO2纳米酶，并且最适pH在3.5左右，在酸性条件下（pH3.5−6.0）表现出仿过氧化物酶活性。2.本专利技术将IrO2纳米酶纳米粒子应用于肌氨酸的定性/定量分析，实现了在酸性pH条件下（pH3.5−6.0）利用分光光度法对肌氨酸的定性/定量检测。3.本专利技术提供在酸性pH条件下发挥仿酶活性的材料，应用于人体血清中肌酐水平的检测，用来判断肾功能的健康程度，广泛应用于医疗诊断领域。附图说明图1为本专利技术实施例提供的IrO2纳米酶的透射电子显微镜图；图2为本专利技术实施例提供的IrO2纳米酶仿酶活性效果图；图3为本专利技术实施例提供的IrO2纳米酶仿酶活性的pH优化效果图；图4为本专利技术实施例提供的H2O2的定量检测标准工作曲线；图5为本专利技术实施例提供的肌氨酸的检测示意图；图6为本专利技术实施例提供的肌氨酸的定性检测照片；图7为本专利技术实施例提供的肌氨酸的定量检测标准工作曲线。具体实施方式为了更清楚更深入地说明本专利技术的内容，下面将进一步列举一些实施例，但本专利技术不局限于所列举的实施例。下列实施例中具体实验条件或方法如未注明，均按本领域的常规条件或方法进行。实施例1仿过氧化物酶材料IrO2纳米酶的制备：将30mgK2IrCl6加入到50mL柠檬酸氢钠(3.8mol/L)溶液中。使用NaOH（0.25mol/L）溶液将所得溶液pH调至7.5，然后在恒定搅拌下回流30分钟。此后，将其在室温下冷却，然后进行pH调节，搅拌和回流，重复该过程直到获得恒定的pH7.5。为了获得IrO2纳米酶的悬浮液，将溶液通过氧气鼓泡进一步回流2小时，得IrO2纳米酶。图1为通过透射电子显微镜观察到的IrO2纳米酶的TEM成像。实施例2IrO2纳米酶的仿酶活性验证：纳米酶实验体系a：催化反应体系为包含H2O2（0.5mmol/L）、上述实施例获得的IrO2纳米酶（70µg/mL）、有机显色剂TMB（0.5mmol/L）的醋酸盐缓冲液（pH3.5,100mmol/L）。在室温（25℃）下反应30分钟后，利用酶标仪检测其300−800nm内的吸光值。另做两个对照试验：其中一个对照实验b的催化反应体系中不加IrO2纳米酶，在与上述实验体系同样条件下反应30分钟后检测吸光值；另一份对照实验c的催化反应体系为IrO2纳米酶（70µg/mL）在醋酸盐缓冲液（pH3.5,100mmol/L）中，在与上述实验体系同样条件下静置30分钟后检测吸光值。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化铱（IrO2）纳米酶，其特征在于：所述IrO2纳米酶具有仿过氧化物酶活性。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化铱（IrO2）纳米酶，其特征在于：所述IrO2纳米酶具有仿过氧化物酶活性。2.根据权利要求1所述的二氧化铱（IrO2）纳米酶，其特征在于，合成步骤如下：(1)将K2IrCl6加入到柠檬酸氢钠溶液中，用NaOH调pH至7.5；(2)回流30min，室温冷却后，再调pH至7.5，继续回流，重复该过程直至pH恒定在7.5；(3)将溶液通过氧气鼓泡进一步回流2小时，即得IrO2纳米酶。3.一种基于IrO2纳米酶的应用，其特征在于：权利要求1、2中所述的IrO2纳米酶可作为仿过氧化物酶催化剂，用于基于仿过氧化物酶活性的应用。4.一种基于IrO2纳米酶的肌氨酸定性/定量...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩磊，梁欣，李峰，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37