一种钴掺杂碳点纳米酶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钴掺杂碳点纳米酶及其制备方法和应用，所述钴掺杂碳点纳米酶是以维生素B12和无水柠檬酸为原料，通过一步热解法制备的。钴掺杂碳点纳米酶表现出了高的类过氧化物酶活性，对底物H2O2的米氏常数为0.0598mM，说明钴掺杂碳点纳米酶与H2O2具有很高的亲和力。并且，钴掺杂碳点纳米酶可以与葡萄糖氧化酶的级联反应，通过比色法用于葡萄糖的灵敏测定，最低检出限可低至0.37μM。同时碳点纳米酶作为化学动力学试剂，通过碳点中的钴离子介导的类Fenton反应可产生多种活性氧，从而诱导细胞凋亡，表现出抗肿瘤效果，可在制备抗肿瘤化学动力治疗试剂中应用。抗肿瘤化学动力治疗试剂中应用。抗肿瘤化学动力治疗试剂中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种钴掺杂碳点纳米酶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及碳点纳米酶，具体涉及一种钴掺杂碳点纳米酶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]葡萄糖是自然界分布最为广泛且最重要的一种单糖，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物，是生物的主要供能物质。血糖水平与很多人类的疾病密切相关，血糖水平超出正常范围的波动可能导致严重的并发症，例如心脏病、肾衰竭、神经损伤和失明。因此，葡萄糖的精确测量对于糖尿病的诊断和治疗具有重要意义。
[0003]肿瘤是当今严重损害人类健康的重大疾病之一。在目前成熟的治疗方案中，化疗和放疗等传统疗法的疗效显著，但是都有其自身的局限性，会对患者造成严重的毒副作用。化学动力学疗法作为一种新兴的癌症治疗策略，在肿瘤治疗领域受到了广泛关注。它是基于在芬顿试剂的催化下，在肿瘤区域将H2O2原位转化为高细胞毒性的羟基自由基从而引发细胞凋亡，抑制肿瘤生长。鉴于H2O2在肿瘤微环境中过度表达的特点，羟基自由基仅在肿瘤区域产生，对正常组织几乎没有伤害，这使得化学动力学疗法成为了一种“绿色疗法”。
[0004]天然酶在温和的反应条件下具有高活性和高底物特异性。然而，酶的实际应用往往受到其固有缺点的阻碍，例如催化活性对环境条件的敏感性，制备和纯化具有较高的成本，以及较低的操作稳定性。因此，迫切需要发现并开发人工酶来克服天然酶的这些缺点。与天然酶相比，纳米酶更容易生产，成本更低，在各种生物医学应用中具有更高的催化稳定性。通过调节纳米酶的形态和组成，可以使其催化活性达到与天然酶相同的水平。同时金属的多价性和高自旋性使其能高效地将H2O2转化为羟基自由基，在环境检测和生物医学应用中显示出较大的潜力。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种性质优异的钴掺杂碳点纳米酶(Co
‑
CDs)及其制备方法和应用；所述制备方法简便，原料来源广泛；所制备的Co
‑
CDs可用于葡萄糖的灵敏测定，也可以作为化学动力学试剂用于肿瘤治疗。
[0006]本专利技术提供的一种钴掺杂碳点纳米酶的制备方法，包括如下步骤：
[0007]1)、将(0.1
‑
0.5g)维生素B12和(0.5
‑
2.0g)无水柠檬酸置于烧杯中，加入适量超纯水并超声至全部溶解。将反应混合物转移至三颈圆底烧瓶中，于160
‑
200℃，转速200
‑
500rpm条件下反应，当溶液成凝胶状时缓慢滴加超纯水，维持凝胶状2
‑
4h，得到红色凝胶状产物；
[0008]2)、待产物冷却，将产物用超纯水溶解，离心后取上清液，并用0.22μm滤膜过滤，得到红色钴掺杂碳点纳米酶溶液；
[0009]3)、将上述钴掺杂碳点纳米酶溶液冷冻干燥后得到红色的钴掺杂碳点纳米酶固体粉末。
[0010]上述方法制备的钴掺杂碳点纳米酶性质稳定，具有良好的水溶性和分散性，通过
TEM表征可看出其形貌为单分散准球形颗粒，通过XPS表征可以看出Co元素成功掺杂进碳点中。该钴掺杂碳点纳米酶为一种类过氧化物酶，根据双倒数作图法，计算出碳点纳米酶对底物H2O2和3,3
’
5,5
’‑
四甲基联苯胺(TMB)的米氏常数Km分别为0.0598mM和0.8101mM，说明钴掺杂碳点纳米酶与H2O2具有很高的亲和力。钴掺杂碳点纳米酶可以通过与葡萄糖氧化酶的级联反应，通过比色法用于葡萄糖的灵敏测定。该方法在葡萄糖浓度为0.5μM
‑
200μM范围内具有良好的线性关系，最低检出限可达0.37μM。同时，钴掺杂碳点纳米酶作为化学动力学试剂，可通过钴离子介导的类Fenton反应，将H2O2转化为有毒的羟基自由基，并进一步转化为超氧阴离子和单线态氧，三种活性氧共同作用，对肿瘤细胞具有杀伤能力，从而达到抗肿瘤作用。
[0011]本专利技术提供的一种用钴掺杂碳点纳米酶检测葡萄糖的方法，具体检测步骤为：
[0012]1)、配置浓度为0.375mg/mL，pH＝4的如上所述钴掺杂碳点纳米酶溶液；
[0013]2)、配置浓度为1mg/mL pH＝7葡萄糖氧化酶溶液；浓度为5mM TMB溶液；
[0014]3)、分别配置浓度为5，10，20，50，100，200，500，1000，1500，2000，3750，5000μM，pH＝7的葡萄糖溶液；
[0015]4)、把100μL 1mg/mL葡萄糖氧化酶溶液，分别分散到200μL不同浓度为葡萄糖溶液中，放入37℃恒温器中反应20min，然后依次加入100μL 5mM TMB溶液，1600μL 0.375mg/mL钴掺杂碳点纳米酶溶液，放入40℃恒温器中反应40min后记录652nm处的紫外吸光度变化，计算钴掺杂碳点纳米酶检测葡萄糖的检出限，线性范围和标准曲线；
[0016]5)、定量检测：测定待测样品与0.05mg/mL葡萄糖氧化酶溶液，0.25mM TMB溶液以及0.3mg/mL钴掺杂碳点纳米酶反应后652nm处的紫外吸光强度，通过步骤4中获得的标准曲线，得到待测样品中葡萄糖的含量。
[0017]本专利技术具有以下有益技术效果：
[0018](1)本专利技术提供的钴掺杂碳点纳米酶是以维生素B12和无水柠檬酸为原料，通过凝胶法制备的，制备过程简便快速，原料来源广泛，均是环保的生物质化合物，且只需利用一步反应即可得到目标的钴掺杂碳点纳米酶，无需繁琐的纯化过程。
[0019](2)本专利技术提供的钴掺杂碳点纳米酶是一种类过氧化物酶，具有高活性，高底物特异性和高的催化稳定性。相比于天然过氧化物酶—辣根过氧化酶对H2O2表现出更高的亲和力，可通过与葡萄糖氧化酶的级联反应快速灵敏的检测葡萄糖。
[0020](3)本专利技术提供的碳点纳米酶成功掺杂钴元素，由于钴离子的多价性碳点纳米酶可以作为化学动力学试剂，通过钴离子介导的类Fenton反应，将H2O2转化为有毒的羟基自由基，并进一步转化为超氧阴离子和单线态氧，三种活性氧共同作用，对肿瘤细胞具有杀伤能力，从而达到抗肿瘤作用。同时鉴于H2O2在肿瘤微环境中过度表达的特点，活性氧仅在肿瘤区域产生，对正常组织几乎没有伤害，因此可实现癌细胞的靶向杀伤效果。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的碳点纳米酶的透射电镜图(TEM)；
[0022]图2为实施例1制备的碳点纳米酶的红外光谱图；
[0023]图3为实施例1制备的碳点纳米酶的X射线光电子能谱图(XPS)；
[0024]图4为不同反应体系(a)碳点纳米酶，(b)碳点纳米酶+TMB，(c)碳点纳米酶+TMB+
H2O2的紫外吸收光谱和比色照片(插图)；
[0025]图5为实施例1制备的碳点纳米酶与H2O2反应后的的电子自旋共振光谱图(ESR)；
[0026]图6为实施例1制备的碳点纳米酶与不同浓度葡萄糖溶液(0.5
‑
500μM)反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴掺杂碳点纳米酶的制备方法，包括如下步骤：1)、将0.1
‑
0.5g维生素B12和0.5
‑
2.0g无水柠檬酸置于容器中，加入适量超纯水并超声至全部溶解；将反应混合物，置于160
‑
200℃转速200
‑
500rpm条件下反应，当溶液成凝胶状时缓慢滴加超纯水，维持凝胶状2
‑
4h，得到红色凝胶状产物；2)、待产物冷却，将产物用超纯水溶解，离心后取上清液，并用0.22μm滤膜过滤，得到红色碳点纳米酶溶液；3)、将上述红色碳点纳米酶溶液冷冻干燥后得到红色的钴掺杂碳点纳米酶固体粉末。2.如权利要求1所述方法制备的钴掺杂碳点纳米酶。3.如权利要求2所述的钴掺杂碳点纳米酶作为葡萄糖检测试剂的应用。4.一种检测葡萄糖的方法，其特征在于步骤为：1)、配置浓度为0.375mg/mL、pH＝4的权利要求2所述钴掺杂碳点纳米酶溶液；2)、配置浓度为1mg/mL、pH＝7的葡萄糖氧化酶...

【专利技术属性】
技术研发人员：路雯婧，郭艳娇，张菁华，岳永芳，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：