一种离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶的制备方法

1.本发明属于高分子复合材料领域，涉及一种离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶的制备方法。


背景技术：

2.天然生物酶是具有催化活性的一类蛋白质。由于其具有专一、高效的催化性能而备受关注。但在实际应用过程中，天然生物酶提纯过程复杂、不易储存和稳定性不足等问题极大限制其广泛应用。人工酶可以有效克服天然酶的缺点，且具有可规模化生产、便于储存、性价比高等优势。因此开发新型的人工酶具有广阔的应用前景。
3.近年来，二硫化钼作为一种过渡金属硫化物，具有层状结构，层内通过共价键连接，层与层之间通过范德华力连接，表现出类酶的性质，在生物医学领域具有实际应用价值。根据mo原子价电子d轨道上的电子填充情况，二硫化钼分为2h相(三棱柱配位，晶体单胞包含两层)、1t相(正八面体配位，晶体单胞只有一层)、3r相(三棱柱配位，单胞含三层)。其中1t相结构具有类似金属的导电能力，可以提供更多的催化活性位点。但1t相的不稳定性限制了其发挥催化活性。此外，传统方法制备的二硫化钼材料，尺寸较大，颗粒容易团聚，导致活性位点被掩埋，降低使用中的催化效率以及性能稳定性。
4.引入高分子材料可以方便地在液相体系中控制产物的大小形貌和结构，从而制备复合人工酶，提高产物稳定性的同时优化催化性能。共轭高分子材料具有刚性的共轭骨架，可共价连接带电荷的侧链，引入与金属离子的配位作用机制，进而调控二硫化钼的大小和相结构。通过这一方法可以制备催化效率高、性能稳定、可规模化生产和储存的人工复合酶。这对高分子复合材料在模拟酶以及催化医学方面的应用具有实际价值。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服二硫化钼水热反应产物不均匀，结构组成不可控、催化性能不稳定等缺陷，提供了一种离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶的制备方法，具有拟过氧化物酶活性。
6.本发明技术方案是通过离子型共轭聚合物与前驱体溶液混合产生配位作用固定金属离子。进而进行水热反应，经过一步还原即可制备具有良好分散性，尺寸较小，可长期保存、高比例金属1t相结构的二硫化钼和共轭聚合物复合纳米酶，具有催化过氧化氢产生活性氧的能力。
7.本发明的具体步骤如下：
8.(1)称取适量的离子型共轭聚合物溶解于良溶剂中，充分搅拌均匀后超声分散，得到聚合物溶液；
9.(2)将一定比例的钼源分子和还原剂溶解于去离子水中，充分搅拌均匀后超声分散，得到前驱体溶液；
10.(3)将步骤(1)得到的聚合物溶液加入步骤(2)得到的前驱体溶液在超声条件下混
合均匀后，转移至反应釜通入一定时间的惰性气体，进行一步水热反应，冷却，离心洗涤，烘干，得到共轭聚合物与二硫化钼复合物，即离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶。
11.优选地，步骤(1)中，所述离子型共轭聚合物可以为含有共轭主链的聚芴，聚噻吩，聚对苯撑，聚对苯撑乙烯，聚对苯撑乙炔，聚吡咯，聚苯胺中的一种。
12.进一步优选地，步骤(1)中所述的离子型共轭聚合物为具有式
①
—
⑥
离子型侧链结构中的一种。
[0013][0014]
式
①
简称为磺酸盐共轭聚合物，式
②
简称为磷酸盐共轭聚合物，式
③
简称为羧酸盐共轭聚合物，式
④
简称为季铵盐共轭聚合物，式
⑤
简称为咪唑盐共轭聚合物，式
⑥
简称为吡啶盐共轭聚合物。
[0015]
进一步优选地，步骤(1)中所述的离子型共轭聚合物良溶剂为乙醇、水、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。
[0016]
进一步优选地，步骤(2)中所述的钼源分子为钼酸铵，钼酸钠，硫代钼酸铵，磷钼酸，五氯化钼中的一种。还原剂为硫脲，硫化钠，水合肼或草酸中的一种或多种。钼源分子和还原剂的摩尔比为1：2到1：8。
[0017]
进一步优选地，步骤(3)中所述的聚合物溶液与前驱体溶液的体积比为1:10到1:50；聚合物与钼源所含钼元素的质量比为1：1到1：10。
[0018]
进一步优选地，步骤(3)中所述向混合溶液中通入的惰性气体为氮气、氩气惰性气体中的一种，通气时间为5-15min。
[0019]
进一步优选地，步骤(3)所述水热反应温度为180-220℃，反应时间为4-24h。
[0020]
本发明所用方法得到的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶，尺寸较小，分散性良好，具有拟过氧化物酶活性，可催化双氧水产生羟基自由基。
[0021]
本发明技术关键点在于：
[0022]
1、通过控制聚合物溶液与前驱体溶液的体积比，控制聚合物与钼源所含钼元素的质量比，利用聚合物离子基团与金属离子的配位作用调控形核，减小二硫化钼纳米颗粒的尺寸，同时获得高比例的1t相。
[0023]
2、通过控制水热反应温度和反应时间，得到可以呈现优异的类过氧化物酶活性的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶，通过不同实施例的对比，可以发现，控制聚合物溶液与前驱体溶液的体积比为1:29、聚合物与钼源所含钼元素的质量比为1:3时，水热反应
温度为200℃保持24h；所得到的复合纳米酶质量最佳。
[0024]
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果有：通过聚合物离子基团与金属离子的配位作用调控形核，减小二硫化钼纳米颗粒的尺寸，同时获得高比例的1t相，操作简便；离子型共轭聚合物与二硫化钼复合提高了纳米颗粒的分散性和稳定性，有利于暴露活性位点，提高催化效率和性能稳定性。所得的复合纳米酶可以呈现优异的类过氧化物酶活性，将在催化医疗领域有很好的应用价值。
附图说明
[0025]
图1是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶的扫描电镜照片(sem)照片。
[0026]
图2是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶中钼元素的二维分析图。
[0027]
图3是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶中硫元素的二维分析图。
[0028]
图4是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶中钼元素的x射线光电子能谱。
[0029]
图5是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶和过氧化氢在加入对苯二甲酸体系后，不同时间的荧光光谱。
[0030]
图6是不同浓度离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶与细胞共培养的细胞存活率。
具体实施方式
[0031]
实施例1
[0032]
(1)将5mg季铵盐共轭聚合物pfnbr溶解于0.5mln,n-二甲基甲酰胺，充分搅拌均匀后超声分散，得到聚合物溶液。
[0033]
(2)将36.3mg二水合钼酸钠、34.2mg硫脲溶解于14.5ml去离子水，充分搅拌均匀后超声分散，得到前驱体溶液.
[0034]
(3)将步骤(1)得到的聚合物溶液加入步骤(2)得到的前驱体溶液在超声条件下混合均匀后，转移至反应釜通入10min的氮气，200℃保持24h进行水热反应，冷却，10000rpm离心洗涤3-4次，烘干24h得到共轭聚合物与二硫化钼复合物，即离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶。
[0035]
性能测试：
[0036]
图1是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶的扫描电镜照片(sem)照片。根据图1可见，复合纳米酶为球形且直径约为200-300nm，尺寸较小。
[0037]
图2和图3是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶对应于钼和硫元素的二维分析图。根据图2和3可见，离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶存在钼和硫元素,且分布一致，表明二硫化钼的成功制备。
[0038]
图4是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶中钼元素的x射线光电子能谱。根据图4的分峰结果计算，所制备二硫化钼1t相占比约为67％。
[0039]
图5是实施例1所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶和过氧化氢在加入对苯二甲酸体系后，不同时间的荧光光谱。测试方法为：将所制备的离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶(2μg/ml)和过氧化氢(0.1mm)在加入1ml对苯二甲酸(2.5mm)溶液后测试荧光光谱。根据图5可见，孵育8h后观测到羟基对苯二甲酸的荧光发射，表明复合纳米酶呈现优异的过氧化物酶性质，具有催化双氧水产生羟基自由基的能力。
[0040]
图6是不同浓度离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶与细胞共培养的细胞存活率。测试方法为：将mda-mb-231乳腺癌细胞以每孔6000个细胞的密度接种于96孔板。将细胞分别与0、30、50、70、90μg/ml的复合纳米酶作用12h,然后每孔加入100μl噻唑蓝(1mg/ml)作用4h,最后加入100μl二甲基亚砜，测试570nm处的吸光度。根据图6可见，离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶对肿瘤细胞表现出一定杀伤性且依赖浓度变化。
[0041]
实施例2
[0042]
(1)将50mg季铵盐共轭聚合物pfnbr溶解于1mln,n-二甲基甲酰胺，充分搅拌均匀后超声分散，得到聚合物溶液。
[0043]
(2)将363mg二水合钼酸钠、342mg硫脲溶解于14ml去离子水，充分搅拌均匀后超声分散，得到前驱体溶液.
[0044]
(3)将步骤(1)得到的聚合物溶液加入步骤(2)得到的前驱体溶液在超声条件下混合均匀后，转移至反应釜通入10min的氮气，200℃保持4h进行水热反应，冷却，10000rpm离心洗涤3-4次，烘干24h得到共轭聚合物与二硫化钼复合物，即离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶。
[0045]
实施例3
[0046]
(1)将15mg季铵盐共轭聚合物pfnbr溶解于0.5mln,n-二甲基甲酰胺，充分搅拌均匀后超声分散，得到聚合物溶液。
[0047]
(2)将108.9mg二水合钼酸钠、102.6mg硫脲、18.1mg草酸溶解于14.5ml去离子水，充分搅拌均匀后超声分散，得到前驱体溶液.
[0048]
(3)将步骤(1)得到的聚合物溶液加入步骤(2)得到的前驱体溶液在超声条件下混合均匀后，转移至反应釜通入10min的氮气，200℃保持24h进行水热反应，冷却，10000rpm离心洗涤3-4次，烘干24h得到共轭聚合物与二硫化钼复合物，即离子型共轭聚合物与二硫化钼复合纳米酶。