一种铈单原子纳米酶、制备方法以及检测有机磷的方法技术

本发明专利技术公开了一种铈单原子纳米酶、制备方法以及检测有机磷的方法，涉及有机磷残留检测技术领域。铈单原子纳米酶的制备方法包括：将原料二甲基咪唑、硝酸锌和铈源混合，在反应釜中进行水热反应，收集沉淀，煅烧并酸洗后制得铈单原子纳米酶；铈源选自乙酰丙酮铈；在反应釜中进行水热反应的温度为80

【技术实现步骤摘要】
一种铈单原子纳米酶、制备方法以及检测有机磷的方法


[0001]本专利技术涉及有机磷残留检测
，具体而言，涉及一种铈单原子纳米酶、制备方法以及检测有机磷的方法。

技术介绍

[0002]农药，是指农业上用来防治病虫害以及调节植物生长的一种化学物质,包含的品种有很多，其中按照化学结构来说，可以分为有机氯类、有机硫类、有机磷类、有机氮类、氨基甲酸酯类、磺酰脲类、三嗪类、拟除虫菊酯类、新烟碱类、苯氧羧酸类等几大类。为了避免农产品因病、虫、草害的影响而遭受大量损失，同时为了满足不断增长的人口的需求，保障全世界各地农产品的产量，在过去的50年里农药在世界各地被普遍使用。统计表明，农药的使用挽救全世界将近30％的农作物。其中，有机磷类农药因其高效、广谱的特点，在世界各地取得了广泛使用，占据杀虫剂市场份额15％左右；尤其在我国，有机磷农药的使用尤为普遍，约占全球有机磷农药使用量的三分之一。虽然有机磷类农药的大量使用在病虫防护和提高农作物产量方面发挥了及其重要的作用，但是大部分有机磷农药毒性较大，有机磷类农药的大量使用同时也给人类的生存环境带来了不可忽视的问题。除此之外，有机磷类农药残留所带来的食品安全事件频发，对人类的生命安全问题也造成了巨大的威胁。因此，开发快速高效检测农药残留的方法已经受到了越来越多的关注。
[0003]目前关于农残检测的方法种类繁多，最常用的主要分为两大类：一类是基于传统仪器的分析方法，主要包括气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱
‑
质谱法(LC
‑r/>MS/MS)和液相色谱
‑
质谱法(GC
‑
MS/MS)。这些检测方法有很多的好处，比如说检测的灵敏度高，重现性好，测试结果稳定；但同时这些检测手段也存在一些不足，例如检测仪器一般都比较昂贵，检测前的预处理和检测操作复杂，且检测时间较长，必须经过专业的培训才能完成检测。然而，这些不足对实现大量样品中农药残留的低成本快速检测造成了重大的困扰。第二类是基于生物检测技术的原理来进行测定，主要包括免疫分析法、酶抑制法、活体检测法、金纳米粒子、生物传感等。其中，酶抑制法由于操作简便、成本低备受关注。然而，传统的酶抑制法面临灵敏度较低、假阴性和假阳性率较高的问题，严重限制了其应用。将纳米酶应用于比色检测有机磷农药之中，可有效提高灵敏度、准确度、抗干扰能力，以及环境耐受性，实现高通量、可视化、即时农残分析。
[0004]近年来，单原子纳米酶由于具有制备成本低、原子利用率高,以及活性位点可调控等优点逐渐成为研究的热点。急剧增大的表面自由能、量子尺寸效应、不饱和配位环境和金属
–
载体的相互作用赋予其优异的催化活性。此外，单原子催化剂不仅金属负载量极低而且极大地提高了金属原子的利用率，能够改变催化剂上活性组分对不同分子的吸附/脱附选择性，从而影响反应动力学。虽然关于单原子纳米酶科研工作者已经完成一些研究，但关于高负载量铈单原子纳米酶的制备还未见报道，且其应用于农药残留的还未有报道。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种铈单原子纳米酶、制备方法以及检测有机磷的方法以满足农副产品中的有机磷农药残留的快速检测需求。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种铈单原子纳米酶的制备方法，其包括如下步骤：将原料二甲基咪唑、硝酸锌和铈源混合，在反应釜中进行水热反应，收集沉淀，煅烧制得铈单原子纳米酶；铈源选自硝酸铈、草酸铈、氯化铈、乙酰丙酮铈的一种；在反应釜中进行水热反应的温度为80、120、160、200℃，水热反应的时间为2
‑
8h。
[0009]专利技术人提供了一种铈单原子纳米酶的制备方法，该制备方法制备出的铈单原子酶是一种过氧化物酶模拟物，能够催化过氧化氢产生
·
OH，通过
·
OH氧化诸如3,3',5,5'
‑
四甲基联苯胺(TMB)等比色探针，形成显色产物，或者氧化邻苯二胺等荧光探针，产生荧光信号。当在反应体系中加入有机磷(OP)时，OP能够有效的抑制乙酰胆碱脂酶的活性，又基于乙酰胆碱、乙酰胆碱脂酶、胆碱氧化酶能够生成过氧化氢，OP抑制乙酰胆碱脂酶的活性进而降低了产生过氧化氢的量，最终引起铈单原子纳米酶和底物体系(CeN
x
‑
SAzyme+比色/荧光探针)吸光度发生变化。通过测试加入不同浓度的OP的体系在显色剂最大吸收波长下的吸光度(或者荧光探针最大发射波长下的荧光强度)，绘制有机磷标准工作曲线，基于标准工作曲线就可以检测待测物的OP含量。
[0010]采用上述方法制备的铈单原子纳米酶为通过煅烧制得的具有特定的空间分子结构，呈正十二面体结构。
[0011]上述制备方法中，二甲基咪唑、硝酸锌和铈源通过水热反应可以生成橙红色沉淀，经过高温煅烧可以生成具有特定分子结构的铈单原子纳米酶。
[0012]本专利技术中，“单原子纳米酶”是以单个金属原子为活性中心，具有可设计的几何结构和电子配位、独特的量子尺寸效应和最大限度的原子利用效率的一类具有类酶催化活性的材料。具体地，单原子纳米酶是一类蕴含酶学特性的纳米材料，在纳米尺度表现出只有天然酶才具有的酶学催化特性，它能够在生理条件下催化天然酶所介导的生化反应，表现出天然酶所具有的反应动力学和催化机制。
[0013]在本专利技术中，术语“过氧化酶模拟物”是指具有过氧化酶催化活性的纳米材料。具体地，本专利技术中的氧化酶模拟物以过氧化氢作为电子受体，通过氧化TMB底物生成有色物质TMBox，用于比色检测。
[0014]术语“TMB”是化合物“3,3
’
,5,5
’‑
四甲基联苯胺”的缩写名称，二者可互换使用。
[0015]在本专利技术中，术语“CeN
x
‑
SAzyme”是指合成的铈单原子纳米酶，二者可互换使用。
[0016]在一种可选的实施方式中，上述水热反应的温度为80℃
‑
200℃。
[0017]水热反应的时间为2
‑
8h，例如2h、4h、6h或8h。在上述水热反应条件下，有助于获得目标结构的铈单原子纳米酶。
[0018]在本专利技术应用较佳的实施方式中，二甲基咪唑、硝酸锌和铈源的混合摩尔比为1:1:0.1。在上述比例下，有助于获得稳定性更高，活性更好的铈单原纳米酶，且其过氧化物酶类酶活性远远大于氧化物类酶活性，具有优异的选择性。
[0019]在一种可选的实施方式中，二甲基咪唑和铈源进行混合时是分别以溶液的形式进行混合，溶液的溶剂为甲醇、乙醇、DMF或丙酮。
[0020]在一种可选的实施方式中，含二甲基咪唑、铈源溶液与含硝酸锌的溶液的混合体积比为0.5
‑
1.5:2。
[0021]在一种可选的实施方式中，原料二甲基咪唑和铈源混合后，还包括超声处理和搅拌；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：将原料二甲基咪唑、硝酸锌和铈源混合，在反应釜中进行水热反应，收集沉淀，煅烧并用0.5～1.5mol/L硝酸洗后制得铈单原子纳米酶；所述铈源选自硝酸铈、草酸铈、氯化铈、乙酰丙酮铈；在反应釜中进行水热反应的温度为80、120、160、200℃，所述水热反应的时间为2
‑
8h。2.根据权利要求1所述的铈单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，所述二甲基咪唑、硝酸锌和铈源的混合摩尔比为1:1:0.01～1:1：0.5；优选地，所述二甲基咪唑、硝酸锌和铈源进行混合时是分别以溶液的形式进行混合，溶液的溶剂为甲醇、乙醇、DMF或丙酮；优选地，含所述二甲基咪唑、铈源混合溶液与含所述硝酸锌溶液的混合体积比为0.5
‑
1.5:2；优选地，所述原料二甲基咪唑和铈源混合后，还包括超声处理和搅拌；优选地，超声处理5
‑
30min，搅拌0.5
‑
3h。3.根据权利要求2所述的铈单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，所述收集沉淀后还包括用有机溶剂清洗沉淀，然后将清洗后的沉淀进行冷冻干燥；优选地，所述有机溶剂选自DMF或甲醇；优选地，所述煅烧的温度为700
‑
1000℃；优选地，所述煅烧是在管式炉中进行，所述煅烧的时间为1
‑
3h。4.一种铈单原子纳米酶，其特征在于，其由权利要求1
‑
3任一项所述的铈单原子纳米酶的制备方法制得；优选地，所述铈单原子纳米酶为100
‑
500nm正十二面体的结构。5.基于铈单原子纳米酶检测有机磷的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将不同浓度的有机磷与乙酰胆碱脂酶进行混合孵育，然后加入胆碱氧化酶、乙酰胆碱后进行孵育，加入权利要求4所述的铈单原子纳米酶和底物进行孵育，测量吸光度/荧光信号；绘制以有机磷浓度与IR值的标准工作曲线；所述底物为显色底物或荧光底物；IR值通过如下公式计算：式中A0为没有添加乙酰胆碱和有机磷的空白吸光度值或荧光值，A1为没有添加有机磷但添加乙酰胆碱的最大吸光度值或荧光值，A为同时添加有机磷和乙酰胆碱的样本孵育后的吸光度值或荧光值；将待测样本与乙酰胆碱脂酶进行混合孵育，然后加入胆碱氧化酶、乙酰胆碱后进行孵育，加入权利要求4所述的铈单原子纳米酶和底物进行孵育，测量样本的吸光度并计算获得样本的IR值，根据标准工作曲线获得样本的有机磷含量。6.根据权利要求5所述的基于铈单原子纳米酶检测有机磷的方法，其特征在于，所述显色底物选自3,3',5,5'
‑
四甲基联苯胺(TMB)...

【专利技术属性】
技术研发人员：常清超，李小可，王珊珊，佘永新，金芬，金茂俊，张瑞婷，程赞，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，
类型：发明
国别省市：