一种负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料及其应用

1.本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料及其应用。


背景技术：

2.天然酶对反应底物具有高度特异性和高效催化性，使其在众多领域有着重要的应用。然而，天然酶固有的缺陷，例如：在极端条件下催化活性通常会丧失、制备和纯化成本高且难以回收利用，极大程度地阻碍了其实际应用。因此，开发高效、低成本的模拟酶是亟待解决的。
3.铂纳米颗粒（pt nps）是一种具有高类过氧化物酶活性且被广泛使用的贵金属纳米颗粒。其活性与分散性受粒径大小影响，粒径越小，活性越高，越容易聚集。而聚集pt nps也会抑制pt nps的类酶活性。因此，选择合适的载体使得小颗粒的pt nps分散良好对维持其类酶活性至关重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料及其应用。
5.本发明所采取的技术方案如下：一种负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料，其制备过程包括以下步骤：将cu(no3)2·
3h2o溶解于dmf中，添加pvp并超声使体系分布均匀得到第一溶液体系；将h3btc溶解于dmf中得到第二溶液体系；将第一溶液体系与第二溶液体系均匀混合，然后加入铂纳米颗粒，于60-100℃下加热反应，反应结束后，收集固体，洗涤得到负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料。
6.所述铜基金属有机框架三维纳米复合材料微观下为八面体。
7.如上所述的负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料作为类过氧化物酶的应用。
8.如上所述的负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料用于检测葡萄糖的应用，所述应用为非疾病治疗或诊断目的。
9.一种检测葡萄糖方法，所述方法为非疾病治疗或诊断目的，包括以下步骤：（1）将待测溶液与葡萄糖氧化酶溶液混合反应；（2）将步骤（1）反应后的溶液与含有如上所述的负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料和tmb的缓冲溶液混合得到反应体系，进行反应。
10.步骤（2）反应结束后，测定反应体系在652 nm处的吸光度。
11.当待测溶液中葡萄糖浓度在2-15 mm时，反应体系在652 nm处的吸光度与待测溶液中葡萄糖浓度呈线性关系。
12.步骤（2）中，所述反应体系中ph为2.5-3.5，负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架
三维纳米复合材料浓度≥50
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g/ml，反应于20 ~ 30℃下进行。
13.步骤（2）中，所述缓冲溶液为hac-naac缓冲液。
14.一种检测葡萄糖的试剂盒，包含如上所述的负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料。
15.本发明的有益效果如下：本发明利用mofs材料作为载体，负载pt nps，生成cu-mof@pt纳米复合材料。与纯的pt nps相比，很好的解决了纯的pt nps由于粒径小而导致的易于聚集从而影响酶活性的问题。此外，pt作为贵金属材料之一，价格较为高昂，cu-mof的加入降低了整体的成本。
16.本发明提供的cu-mof@pt纳米复合材料可以与葡萄糖氧化酶级联进行葡萄糖的检测，具有高精度、高选择性的优势。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
18.图1中，（a）为cu-mof@pt的sem图片；（b-d）为不同倍镜下cu-mof@pt的tem图像；图2为cu-mof@pt的高分辨透射电镜（hrtem）和mapping图像；图3为cu-mof@pt的x射线能谱分析图（eds）；图4为tmb/h2o
2 / cu-mof@pt溶液在0.2 m hac-naac缓冲溶液(ph 3)中的紫外-可见光吸收光谱；图5为cu-mof@pt类过氧化物酶活性与ph的关系；图6为cu-mof@pt类过氧化物酶活性与tmb浓度的关系；图7为cu-mof@pt类过氧化物酶活性与h2o2浓度的关系；图8为cu-mof@pt类过氧化物酶活性与cu-mof@pt浓度的关系；图9为cu-mof@pt类过氧化物酶活性与温度的关系；图10为利用不同浓度cu-mof@pt的类过氧化物酶活性检测葡萄糖的反应体系于652 nm处的吸光度；图11为反应体系于652 nm处的吸光度与葡萄糖浓度的线性回归曲线；图12为cu-mof@pt对不同糖的选择性。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
20.实施例1：一种负载铂纳米颗粒的铜基金属有机框架三维纳米复合材料（cu-mof@pt）的制备：（1）pt nps的制备：将47.628 mg的六氯铂酸钾（k2ptcl6）、222 mg聚乙烯吡咯烷酮（pvp, mw = 40000）和20 ml乙二醇置于圆底烧瓶中。将圆底烧瓶固定于油浴锅中，180℃回
流反应10 min后得到黑色溶液。待其冷却至室温后，向上述黑色溶液缓慢匀速加入丙酮直至出现黑褐色胶状沉淀。所得黑褐色胶状溶液通过8000 rpm高速离心5 min进行分离，丙酮和正己烷清洗数次后，45℃真空干燥过夜。
21.（2）cu-mof@pt纳米复合材料的制备：将43.75 mg的cu(no3)2·
3h2o溶解于7.2 ml dmf中，随后，再添加15 mg pvp并超声5 min以获得均匀溶液。21 mg的h3btc溶解于3 ml dmf中。然后，将两溶液混合并超声10 min。再加入10 mg pt nps混合并继续超声10 min。随后，将混合物转移到聚四氟乙烯衬里的反应釜中，并将其放置在80℃的烘箱中24 h。通过离心收集固体，用新鲜dmf和乙醇分别洗涤三次。最后，将产物在60℃真空干燥过夜。
22.如图1（a）所示，扫描电子显微镜（sem）图像显示了cu-mof@pt的八面体结构。利用透射电子显微镜（tem）对cu-mof@pt的尺寸和形貌进行了表征，结果如图1（b-d）所示，所得到的cu-mof@pt为直径约几百纳米的多面体纳米复合材料。cu-mof负载了大量pt nps，cu-mof@pt纳米复合材料中pt nps的晶格约为0.23 nm，对应pt(111) 晶面的晶面间距。
23.如图2所示，pt nps均匀地生长在cu-mof@pt纳米复合材料内部。图2所示的hrtem和mapping图像证实了cu-mof@pt纳米复合材料中存在c、n、o、cu和pt。并且各元素在整个区域内分布均匀，没有明显的元素聚集或分离现象，说明pt nps较为均匀的分布在cu-mof上。
24.利用eds对cu-mof@pt的元素组成进行分析。如图3所示，可以清楚地看到cu-mof@pt由c、n、o、cu和pt的五个典型峰，原子含量分别为76.31%、0.15%、9.64%、13.7%和0.2%。
25.如图4所示的紫外可见（uv-vis）吸收光谱显示cu-mof@pt的峰与cu-mof相比没有明显变化，说明pt nps生长在cu-mof的内部，而不是表面。
26.实施例2：将cu-mof@pt和tmb以及h2o2分别加入到hac-naac缓冲溶液(0.2 m, ph 3)中并在室温下反应一定时间。然后记录溶液其在652 nm处的吸光度和拍摄相应的照片。当cu-mof@pt存在时，在652 nm处有一个明显的吸收峰，这是因为cu-mof@pt可以催化无色tmb在h2o2存在下的氧化，生成蓝色oxtmb颜色。而在没有cu-mof@pt的情况下，在550-750 nm的波长范围内出现了几乎完全平坦的峰值，说明h2o2对tmb的氧化作用可以忽略不计。
27.与天然酶相似，cu-mof@pt的催化活性也受溶液ph、底物浓度、催化剂浓度和温度的影响。
28.探究ph对cu-mof@pt催化活性的影响，其余参数设置如下：cu-mof@pt浓度是50
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g/ml, tmb浓度是0.2 mm, h2o2浓度是10 mm,反应时间是20 min。如图5所示，cu-mof@pt的催化活性在ph 3.0时达到峰值。
29.探究tmb浓度对cu-mof@pt催化活性的影响，其余参数设置如下：cu-mof@pt浓度是50
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g/ml, ph是3， h2o2浓度是10 mm,反应时间是20 min。如图6所示，cu-mof@pt的催化活性随着tmb浓度的增加而迅速升高。
30.探究h2o2浓度对cu-mof@pt催化活性的影响，其余参数设置如下：cu-mof@pt浓度是50
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g/ml, ph是3，tmb浓度是0.1 mm,反应时间是10 min。如图7所示，cu-mof@pt的催化活性随着h2o2浓度的增加而迅速升高。
31.探究温度对cu-mof@pt催化活性的影响，其余参数设置如下：cu-mof@pt浓度是50
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g/ml, ph是3，tmb浓度是0.1 mm, h2o2浓度是160 mm，反应时间是5 min。如图9所示，cu-mof@pt的催化性能在20 ~ 30℃的温度范围内几乎不变，高于30℃后，催化活性随着温度的
升高而迅速下降，因此，cu-mof@pt于常温下反应即可。
32.探究cu-mof@pt浓度对cu-mof@pt催化活性的影响，其余参数设置如下：ph是3，tmb浓度是0.1 mm, h2o2浓度是160 mm，反应时间是390 s。如图8所示，催化活性随着cu-mof@pt浓度的增加而增加，直到浓度为50
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g/ml。
33.实施例3：cu-mof@pt的稳态动力学测定：在特定的tmb和h2o2浓度范围内，cu-mof@pt可以得到典型的michaelis
−
menten曲线。计算了酶学参数km和vmax，并总结在表1中。可见，与辣根过氧化物酶（hrp）相比，cu-mof@pt对tmb和h2o2的km值都要低得多，说明cu-mof@pt对两种底物的亲和力都比hrp高。此外，与已有报道的其他纳米酶相比，cu-mof@pt仍具有更高的亲和力。
34.表 1. cu-mof@pt和文献报道的纳米酶催化氧化反应的km和vmax比较实施例4：基于cu-mof@pt的类过氧化物酶活性，建立了葡萄糖的比色法检测方法，具体步骤如下：(1)将10
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l含不同浓度葡萄糖的去离子水和10
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l含1 mg/ml 葡萄糖氧化酶（gox）的去离子水混合，37℃孵育30 min;(2)将20
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l上述溶液加入到 180
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l含有cu-mof@pt(400
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g/ml)和tmb溶液(0.1 mm)的hac-naac缓冲液(0.2 m, ph 3)的溶液中，保证最终葡萄糖浓度为0 ~ 20 mm;(3)孵育40 min后，记录上述总体积为200
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l的反应混合物在652 nm处的吸光度，并对其拍照。
35.其检测原理具体如下：首先利用葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖生成葡萄糖酸内酯和过氧化氢，生成的过氧化氢可以在cu-mof@pt存在的情况下，氧化tmb生成有蓝色的oxtmb，oxtmb的生成量与葡萄糖的含量成正比，通过检测产物的吸光度即可定量检测葡萄糖。
36.如图10所示，在葡萄糖检测过程中，在652 nm处的吸光度值随着cu-mof@pt浓度的增加而增加。考虑到高浓度的cu-mof@pt本身是蓝绿色的，最终选择了400
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g/ml进行后续实验。
37.如图11所示，652 nm处的吸光度随葡萄糖浓度的增加而增加，在2 ~ 15 mm之间建
立了线性关系，相关系数良好(r
2 = 0.99998)(图11)，满足临床试验的需要。
38.以果糖、乳糖、麦芽糖和蔗糖作为葡萄糖检测实验的对照，评价该方法对葡萄糖检测的选择性。结果表明，果糖、乳糖、麦芽糖或蔗糖的干扰可以忽略不计，这意味着极好的选择特异性(图12)。
39.实施例5：采用成人志愿者全血离心(3.5 krpm, 10分钟)获得血清样本。然后用去离子水将样品稀释1000倍，加入葡萄糖溶液，得到待测溶液样本。然后根据以下步骤对待测溶液样本中的葡萄糖进行测定。 (1)将10
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l待测溶液样本和10
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l含1 mg/ml 葡萄糖氧化酶（gox）的去离子水混合，37℃孵育30 min;(2)将20
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l上述溶液加入到 180
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l含有cu-mof@pt(400
ꢀµ
g/ml)和tmb溶液(0.1 mm)的hac-naac缓冲液(0.2 m, ph 3)的溶液中，保证最终葡萄糖浓度为0 ~ 20 mm;(3)孵育40 min后，记录上述总体积为200
µ
l的反应混合物在652 nm处的吸光度，并对其拍照。
40.测量了稀释后的人血清样品中加入的葡萄糖，计算出人血清样品中葡萄糖的回收率为93.5 ~ 102.8%，见表2。结果表明，cu-mof@pt纳米复合材料级联葡萄糖氧化酶能够有效地测定真实样品中的葡萄糖。
41.表 2. 稀释人血清葡萄糖浓度测定(n = 3)以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。