一种光增强非铅卤化物纳米酶及其制备方法和应用

本发明涉及非铅金属卤化物纳米材料领域，具体涉及一种离子掺杂的光增强非铅卤化物纳米酶及其制备方法和在生物检测方面的应用。

背景技术：

1、纳米酶是一类能够模拟天然酶催化功能的人工纳米材料，具有制备简单、稳定性高、成本低等优点，在疾病诊疗、食品安全监测和环境分析等领域受到广泛关注。然而，现有主流纳米酶体系仍以fe3o4、ceo2、mno2、贵金属纳米颗粒及碳基材料等为主，普遍存在活性位点数量有限、催化效率不足、光响应能力较弱以及难以兼具发光和催化双功能等问题。尤其对于生物比色检测而言，若材料本身不能同时提供催化放大和光学信号调控能力，则检测体系往往需要额外引入荧光探针、发色底物或多组分反应体系，导致体系复杂、背景干扰增加，并限制其在快速检测和纸基可视化检测中的应用。

2、cs2sncl6是一种典型的无铅缺陷双钙钛矿衍生材料，具有良好的化学稳定性和较低的生物毒性。现有技术通过离子掺杂策略对其光学性能进行调控，然而，这些研究的主要目的仍是提高发光效率、调控光致发光或改善光电性质，所得材料为微米级晶体，未涉及其纳米酶催化功能。由于微米级晶体通常比表面积较小、表面活性位点暴露不足，难以充分满足纳米酶催化过程中对高界面接触面积和高反应位点密度的需求，因此该类发光材料不能直接解决生物比色检测中催化效率和检测灵敏度不足的问题。此外，有研究将cs2sncl6用于污染物光催化降解或净化，应用方向为环境/能源催化，并未涉及纳米酶催化机制或在生物检测方面应用。

3、在专利方面，现有公开专利（例如cn114835546a、wo2021095052a1、us10388898b2等）均围绕发光性能、光电性能或材料稳定性展开，均未涉及cs2sncl6材料的纳米酶催化功能及生物检测应用。

4、综上，现有技术至少存在以下需要克服的技术障碍。第一，传统纳米酶多缺乏发光和光响应功能，难以实现发光、催化和检测一体化。第二，现有离子掺杂cs2sncl6多为微米级晶体，比表面积和表面活性位点有限，且主要用于近红外发光，未开发其纳米酶催化功能。第三，现有cs2sncl6光催化技术主要服务于污染物降解，不涉及生物比色检测，未公开基于te4+/er3+共掺杂cs2sncl6纳米材料的pod/cat双酶活、光增强催化及抗坏血酸检测方案。

5、因此，开发一种兼具近红外发光性能、双酶活性、光增强催化能力以及生物检测功能的离子掺杂cs2sncl6纳米酶材料具有重要的科学意义和应用价值。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中非铅卤化物材料催化功能开发不足、光响应纳米酶体系缺乏、检测灵敏度有限以及难以实现发光-催化-检测功能集成等问题，本发明提供了一种光增强非铅卤化物纳米酶及其制备方法和应用。

2、一方面，本发明提供一种光增强非铅卤化物纳米酶，所述纳米酶为te4+和er3+共掺杂的cs2sncl6纳米材料，具有近红外发光特性、类过氧化物酶活性和类过氧化氢酶活性，且所述类过氧化物酶活性和类过氧化氢酶活性在光照条件下显著增强。

3、进一步地，所述纳米酶中te4+的掺杂浓度为0.1～10 mol%，优选为0.5～5 mol%；er3+的掺杂浓度为0.1～20 mol%，优选为1～10 mol%。

4、另一方面，本发明提供上述光增强非铅卤化物纳米酶的制备方法，包括以下步骤：

5、(1) 前驱体配制：称取氯化铯（cscl）、四氯化锡（sncl4）、四氯化碲（tecl4）和三氯化铒（ercl3）作为前驱体原料，混合均匀得到混合前驱体原料；其中te4+的掺杂浓度为0.1～10 mol%，er3+的掺杂浓度为0.1～20 mol%；

6、(2) 机械化学研磨：将步骤(1)的混合前驱体原料置于机械化学反应装置中，加入辅助液体，进行研磨反应，反应时间为10～120 min，反应温度为室温；

7、(3) 产物收集：反应结束后收集所得粉末，即获得te4+/er3+共掺杂cs2sncl6纳米酶材料。

8、作为优选，步骤(1)中，te4+的掺杂浓度为0.5～5 mol%，er3+的掺杂浓度为1～10mol%。

9、作为优选，步骤(2)中，所述辅助液体选自乙醇、异丙醇、乙腈和离子液体中的一种或若干种组合，加入量为每100 mg混合前驱体原料加入5～100 μl辅助液体。辅助液体的加入能够提高前驱体混合均匀性并促进纳米颗粒的形成。

10、作为优选，所述辅助液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

11、作为优选，所述机械化学反应装置为玛瑙研钵或行星式球磨机，反应时间为20～60 min。

12、再一方面，本发明提供上述光增强非铅卤化物纳米酶在制备用于生物还原性分子的检测产品中的应用，所述的检测产品包括试剂盒或生物传感器。

13、进一步地，所述生物还原性分子为抗坏血酸；所述检测产品通过构建tmb-h2o2比色体系实现，具体包括：利用所述纳米酶催化过氧化氢活化并氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺（tmb）生成蓝色产物，待测样品中的抗坏血酸使蓝色产物还原褪色，通过测量652 nm处吸光度的变化实现检测。

14、再一方面，本发明提供一种抗坏血酸的比色检测方法，包括以下步骤：

15、（1）将上述制备的光增强非铅卤化物纳米酶、过氧化氢和3,3',5,5'-四甲基联苯胺（tmb）加入缓冲液中混合形成显色体系。

16、其中，所述纳米酶浓度优选为0.1～10 mg/ml，进一步优选为0.5～5 mg/ml，更优选为2.5 mg/ml；所述过氧化氢浓度优选为1～1000 μm，进一步优选为10～200 μm，更优选为50 μm； tmb浓度优选为0.1～20 mm，进一步优选为1～10 mm，更优选为4 mm。

17、所述缓冲液为ph 3.0～7.0的缓冲体系，优选为ph 4.0～6.0，进一步优选为ph5.0的乙酸-乙酸钠缓冲液。显色体系总体积优选为0.5～10 ml，进一步优选为1～5 ml。在纳米酶催化作用下，过氧化氢被活化产生羟基自由基等活性氧物种，并进一步氧化tmb生成蓝色氧化产物（ox-tmb），在652 nm处产生特征吸收信号。在优选实施方式中，纳米酶、过氧化氢和tmb的体积比为（0.5～5）:（0.5～5）:（0.5～5）；进一步优选为1:1:1。

18、（2）向步骤(1)的显色体系中加入待测样品，若待测样品中含有抗坏血酸，则蓝色氧化产物被还原，导致652 nm处吸光度下降；

19、（3）通过测量652 nm处吸光度的变化，根据预先建立的吸光度变化与抗坏血酸浓度之间的标准曲线，定量检测抗坏血酸的浓度。

20、作为优选，所述的检测方法中，步骤（2）还包括在光照条件下进行催化反应以增强检测灵敏度的步骤，所述光照条件选自白光led、氙灯、可见光光源或近红外光源。

21、再一方面，本发明提供一种纸基可视化检测平台，将上述制备的光增强非铅卤化物纳米酶、过氧化氢和3,3',5,5'-四甲基联苯胺固定于滤纸表面，用于抗坏血酸的快速可视化检测，特别用于血清样品中抗坏血酸检测。

22、本发明的有益效果：

23、（1）实现了te4+/稀土离子共掺杂cs2sncl6纳米酶的构建，拓展了无铅卤化物材料的功能应用范围

24、现有公开技术主要将te4+/er3+共掺杂cs2sncl6用于近红外发光研究，而本发明首次将该体系应用于纳米酶领域。通过te4+与稀土离子的协同调控以及纳米结构构建，使材料同时具备催化和光响应能力，实现了无铅卤化物材料从单一发光功能向催化与检测功能拓展，为无铅双钙钛矿材料开发提供了新的应用方向。

25、（2）纳米结构显著提高了表面活性位点利用效率和催化反应效率

26、本发明采用机械化学方法制备纳米级te4+/稀土离子共掺杂cs2sncl6颗粒。相较于现有报道的微米级te4+/er3+共掺杂cs2sncl6发光材料，纳米颗粒具有更高比表面积、更短电子传输路径以及更多表面暴露活性位点，有利于反应物与催化中心充分接触，提高h2o2吸附和活化能力，从而提高催化反应效率。

27、（3）首次实现类过氧化物酶和类过氧化氢酶双酶活性集成

28、本发明制备的光增强非铅卤化物纳米酶不仅能够催化h2o2产生羟基自由基（·oh）并进一步氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺（tmb），表现出显著类过氧化物酶活性同时还能够促进h2o2分解产生氧气，表现出类过氧化氢酶活性。双酶活性协同作用提高了过氧化氢利用效率，所述纳米酶能够作为类过氧化物酶和/或类过氧化氢酶，扩展了其在生物催化和分析检测中的应用场景。

29、（4）实现了光增强催化，提高了活性氧生成能力和检测灵敏度

30、本发明引入稀土光响应中心，使材料兼具光响应性能和催化活性。在光照条件下，本发明制备的光增强非铅卤化物纳米酶能够有效利用外部光能，促进电子迁移和界面氧化还原反应，提高活性氧自由基生成效率，从而增强类过氧化物酶和类过氧化氢酶催化性能。与暗态条件相比，光照条件下催化效率显著提高，有利于进一步提升生物检测灵敏度。

31、（5）建立了基于纳米酶催化反应的抗坏血酸检测体系

32、本发明利用纳米酶催化tmb氧化生成蓝色氧化产物，再通过抗坏血酸对氧化产物的还原作用实现信号响应，构建了抗坏血酸比色检测体系。该方法操作简单、响应速度快、检测成本低，无需复杂仪器即可实现目标物检测，具有良好的实际应用价值。

33、（6）实现了复杂生物样品检测能力

34、本发明建立的检测体系能够应用于血清等复杂生物样品分析，实现目标物在实际样品中的定量检测，提高了检测体系的实用性和推广价值。

35、（7）构建了纸基可视化检测平台

36、本发明将纳米酶固定于纸基载体表面，构建便携式纸基检测平台。检测过程中可直接通过颜色变化实现结果判读，无需大型仪器设备，具有操作简单、成本低、便于现场检测等优点，为poct提供了新的技术方案。

37、（8）实现了发光-催化-检测功能一体化

38、本发明制备的光增强非铅卤化物纳米酶同时具有近红外发光性能、双酶活性和生物检测能力，实现了发光、催化和检测功能集成。相较于现有单一功能材料，本发明具有更高功能集成度和更广应用范围，为开发新型多功能无铅卤化物纳米平台提供了新的技术路线。

39、（9）制备工艺简单，易于规模化制备

40、本发明采用机械化学方法制备材料，无需高温高压反应条件，具有反应时间短、能耗低、设备要求简单及易于规模化生产等优点，具有良好的产业化应用前景。