一种单原子纳米酶及其比色传感器阵列的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种单原子纳米酶及其比色传感器阵列的制备方法和应用，先利用类化学气相沉积法制成具有类氧化物酶活性的管状单原子纳米酶，为了消除不同的反应之间的干扰，将单原子纳米酶涂抹到微流控芯片的孔道内制成传感器阵列。本发明专利技术利用单原子纳米酶优异的类氧化物酶活性，制得的单原子纳米酶具有独特的空心管状结构，使其在传感器中固定后仍能保持优异的酶活性。在检测时本发明专利技术具有类氧化物酶活性的单原子纳米酶会氧化不同的显色剂，氧化产物又由于与各种还原性生物小分子反应，导致最终吸光度的不同，以此进行各种还原性小分子的线性和选择性检测，可以有效解决现有技术中还原性生物小分子的检测选择性差，操作复杂和价格昂贵等问题。价格昂贵等问题。价格昂贵等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种单原子纳米酶及其比色传感器阵列的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于比色传感领域，具体涉及一种单原子纳米酶及其比色传感器阵列的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]生物分子在维持人类正常活动和抵抗疾病方面发挥着重要作用，尤其是一些还原性很强的生物小分子，如抗坏血酸、多巴胺、肾上腺素和谷胱甘肽等。它们在维持人类健康方面发挥着重要作用。因此，方便、快速地检测这些生物分子对监测人类健康至关重要。目前，各种抗氧化剂的检测方法已经发展起来，包括电化学、色谱法等。然而，昂贵而复杂的仪器要求和几乎相同的氧化电位，限制了它们的方便灵敏的检测。因此，在不使用复杂仪器的情况下对这些抗氧化剂进行选择性检测仍然具有挑战性。
[0003]比色法由于成本低、简单、实用，是一种更理想的检测方法。传统的比色传感器一般使用的是天然酶，虽然天然酶具有高的催化活性和优异的特异性，但是由于其价格昂贵易失活等缺点，并不适用于大规模或者批量生产。由于成本低、易于获得、抗生物降解和抗变性的优点，具有类酶活性的纳米材料(称为纳米酶)在生物传感器、免疫检测和癌症治疗等广泛领域受到越来越多的关注。最近出现的单原子纳米酶为在原子水平上模拟天然酶的高活性提供了机会。因此，纳米酶基传感器已经成为一种重要的比色工具。但是纳米酶因为缺乏对目标离子的高度特异性使得其特异性差，限制了其在传感领域的应用。所以，寻求简便、经济、多样的传感方法是大规模识别生物流体中小分子的迫切需求。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种单原子纳米酶及其比色传感器阵列的制备方法，本专利技术制备的单原子纳米酶具有优异的氧化酶活性，在微流控芯片内具有更好的和稳定的催化性能；基于单原子纳米酶的传感器阵列可以有效解决现有技术中生物小分子的检测选择性差，操作复杂和价格昂贵等问题。
[0005]本专利技术提供一种单原子纳米酶及其比色传感器阵列在检测生物小分子中的应用。
[0006]技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种单原子纳米酶的的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)离子液体的制备：将1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑溴盐和金属氯化物按比例混合于有机溶剂中后，搅拌反应，反应结束经过滤、旋蒸后，洗涤真空干燥后得到离子液体；
[0008](2)单原子纳米酶的制备：离子液体在惰性气体下煅烧得到催化剂前躯体，以煅烧得到催化剂前躯体或者以金属的氧/氯化物为催化剂前躯体与氮碳源前驱体升温煅烧，自然冷却后，收集上层黑色物质，洗涤后后真空干燥，得到的颗粒收集备用即为单原子纳米酶(M
‑
N
‑
CNTs)。
[0009]其中，步骤(1)所述离子液体所用原料1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑溴盐与金属氯化物的摩尔比为2:1
‑
1:2，所述搅拌时间为5
‑
10h；所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、异丙醇、聚乙二醇中
的任意一种。
[0010]其中，步骤(2)所述金属的氧/氯化物包括氯化钴、四氧化三钴纳米颗粒、氯化铁、四氧化三铁、氯化镍中的任意一种。
[0011]作为优选，所述四氧化三钴纳米颗粒为30nm四氧化三钴纳米颗粒或者100nm四氧化三钴纳米颗粒。
[0012]其中，步骤(2)所述离子液体煅烧为1
‑
2小时内升温至500
‑
900℃，并保温1
‑
2小时；所述类CVD法升温煅烧为1
‑
2小时内升温至500
‑
800℃，并保温1
‑
2小时。
[0013]作为优选，离子液体煅烧温度为700
‑
900℃。最优煅烧温度为800℃。
[0014]作为优选，所述类CVD法升温至700
‑
800℃。最优温度为750℃。
[0015]其中，步骤(2)所述氮碳源前驱体为尿素、双氰胺、三聚氰胺、单氰胺或者硫脲中的任意一种。
[0016]作为优选，步骤(1)离子液体的制备：在室温下，将1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑溴盐与金属氯化物按比例混合后，搅拌反应，反应结束后经过滤、旋蒸后，再用无水乙醚洗涤，最后真空干燥后得到离子液体。
[0017]作为优选，步骤(2)单原子纳米酶的制备：离子液体在氮气氛围下，以10℃/min的升温速率，升温至特定温度，并保温1h，得到催化剂前躯体或者直接以金属的氧/氯化物为催化剂前躯体，该催化剂与氮源、碳源前驱体以类似CVD的方法一起升温煅烧(在30ml坩埚内放入25mm
×
25mm的石英玻璃，上层放置氮源碳源，下层放催化剂前驱体)，在氮气氛围下，以10℃/min的升温速率，升温至特定温度，并保温1h。自然冷却后，收集上层黑色粉末，经过酸洗和水洗，最后进行真空干燥，将得到的颗粒收集备用即为单原子纳米酶(M
‑
N
‑
CNTs)。
[0018]本专利技术所述的单原子纳米酶比色传感器阵列的制备方法，将单原子纳米酶固定在载体上，加入不同的显色剂，构成基于单原子纳米酶的比色传感器阵列。
[0019]其中，所述载体为微流控芯片，其制作原料包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇、水凝胶、丙稀酸、橡胶或者氟塑料中的任意一种；所述微流控芯片采用上述材料中的一种和载玻片制作微流控装置，并用聚丙烯管连接注射器泵。
[0020]作为优选，本专利技术制作了微流控芯片，然后将单原子纳米酶M
‑
N
‑
CNTs固定在微流控芯片的第一个孔道内，最后覆盖光滑的玻璃形成一个封闭的通道，不同的显色剂被引入微流控芯片内，并在第一个孔道的纳米酶上发生氧化显色作用。
[0021]进一步地，所述显色剂溶液在微流控芯片的流速为1
‑
10μL/min。
[0022]其中，所述单原子纳米酶M
‑
N
‑
CNTs的固定为在微流控芯片内通过涂抹法、聚多巴胺胶黏法或者化学气相沉积法进行固定。
[0023]其中，所述显色剂包括3,3
’
,5,5
’‑
四甲基联苯胺(TMB)、2,2
’‑
联氮双(3
‑
乙基
‑
苯并噻唑
‑6‑
磺酸)二铵盐(ABTs)、邻苯二胺(OPD)、氯萘酚、二氨基联苯胺/金属盐(DAB)、氨乙基咔唑(AEC)、4
‑
氨基安替比林/苯酚(Trinder
’
s试剂)任意一种或者多种。
[0024]本专利技术所制备的单原子纳米酶或者比色传感器阵列在选择性分析检测生物还原性小分子中的应用。
[0025]其中，所述应用的过程为：向比色传感器阵列中单原子纳米酶M
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)离子液体的制备：将1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑溴盐和金属氯化物按比例混合于有机溶剂后，搅拌反应，反应结束经过滤、旋蒸后，洗涤真空干燥后得到离子液体；(2)单原子纳米酶的制备：离子液体在惰性气体下煅烧得到催化剂前躯体，以煅烧得到催化剂前躯体或者以金属的氧/氯化物为催化剂前躯体与氮碳源前驱体利用类化学气相沉积法升温煅烧，自然冷却后，收集上层黑色物质，洗涤后真空干燥，得到的颗粒收集备用即为单原子纳米酶(M
‑
N
‑
CNTs)。2.根据权利要求1所述的单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述离子液体所用原料1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑溴盐与金属氯化物的摩尔比为2:1
‑
1:2，所述搅拌时间为5
‑
10h；所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、异丙醇、聚乙二醇中的任意一种。3.根据权利要求1所述的单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述金属的氧/氯化物包括氯化钴、四氧化三钴纳米颗粒、氯化铁、四氧化三铁、氯化镍中的任意一种。4.根据权利要求1所述的单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述离子液体的煅烧为1
‑
2小时内升温至500
‑
900℃，并保温1
‑
2小时；所述类化学气相沉积法升温煅烧为1
‑
2小时内升温至500
‑
800℃，并保温1
‑
2小时。5.根据权利要求1所述的单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氮碳源前驱体优选为尿素、双氰胺、三聚氰胺、单氰胺或者硫脲中的任意一种。6.一种基于权利要求1所述的单原子纳米酶的单原子纳米酶比色传感器阵列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈艳飞，朱彩霞，张袁健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：