一种FeVO4模拟酶材料及其应用技术领域
本发明涉及一种FeVO4模拟酶材料及其应用，属于模拟酶领域。
背景技术
天然酶是一类具有特殊催化活性和特定空间构象的生物大分子，绝大多数天然酶是具有超分子结构的蛋白质，这种超分子结构是由一百多个甚至几千个氨基酸通过非共价键相互作用折叠或自组装而成。由于天然酶的活性位点上存在大量官能团，并且还具有一定的空间构型，它与催化底物的相互作用在构型上存在着较严格的匹配关系，能够在十分温和的条件下高效、专一地催化各种生化反应，促进生物体的新陈代谢(Eisenmesseretal.,Science295(2002)1520-1523;Benkovicetal.,Science301(2003)1196-1202.)。但是，由于大多数酶是蛋白质，对热、酸、碱不稳定，结构易发生变化而失去催化活性。另外，天然酶在生物体内的含量很低，很难通过纯化大量获得，故价格昂贵，大大限制了实际应用。因此，合成在化学结构、催化效率、特异性和选择性上都和天然酶相似的模拟酶受到了研究者的广泛关注。从尺寸、形状以及表面电荷来说，纳米材料与天然酶具有一定的相似之处，其比表面积大、表面活化中心多，催化活性和催化效率都大大增强。因此，纳米材料模拟酶的研究正迅速堀起，在生物、医药、环境等领域取得了许多成果。
过氧化物酶(Horseradishperoxidase，简称HRP)是由微生物或植物所产生的一类氧化还原酶，是以过氧化氢为电子受体催化底物氧化的酶。HRP在生物体内发挥着重要的作用，由于在建立一些目标物质的分析方法中，H2O2是一种重要的中间物质，因此对过氧化物酶的模拟研究以及建立涉及H2O2的分析方法一直是人们感兴趣的研究方向。自2007年Gao等(Gaoetal.,Nat.Nanotechnol.2(2007)577-583.)发现具有磁性的四氧化三铁纳米粒子具有过氧化物模拟酶特性以来，磁性纳米材料模拟过氧化物酶在催化领域的研究不断深入并取得了一系列研究成果。铁在周期表中属于d区第VIII族过渡金属，Fe的3d电子结构使其具有良好的催化性能。目前已报道的具有模拟过氧化物酶性能的磁性纳米材料还有FeS(Daietal.,Chem.-AEur.J.15(2009)4321-4326.)、ZnFe2O4(Suetal.,Anal.Chem.,84(2012)5753-5758.)、Fe3H9(PO4)6×6H2O(Zhangetal.,ACSAppl.Mater.Interfaces6(2014)14433-14438.)等。而FeVO4是一种具有铁磁性的材料，在传感器、锂电池电极材料和催化剂等方面已有广泛应用，但是其在生物领域的应用潜能尚未开发(Okaetal,J.SolidStateChem.,123(1996)54-59.)。
因此，本发明将FeVO4模拟过氧化物酶材料，通过显色反应实现对H2O2快速检测，对FeVO4在免疫分析等领域的实际应用具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FeVO4模拟酶材料及其应用。本发明通过水热合成法制备了具有带状结构的FeVO4，该材料具有良好的模拟过氧化物酶催化性能，可以对H2O2进行快速检测，在免疫分析等领域具有潜在的应用前景。同时该材料的制备方法具有简单易行、价格低廉和重复性好等特点。
一种FeVO4模拟酶材料，其特征在于该材料为具有带状结构的FeVO4，尺寸为1~5mm。
上述FeVO4模拟酶材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将Fe(NO3)3×9H2O溶于超纯水中得溶解液A；同时将NH4VO3溶于超纯水中得溶解液B；然后将上述溶解液B在搅拌条件下逐滴滴加到上述溶解液A中得悬浮液，调节悬浮液pH值为1~5，之后继续搅拌10~60min；搅拌结束后，将混合液进行热处理；反应结束后，将反应釜冷却至室温，经过抽滤、洗涤和40~80°C干燥2~10h即得具有带状结构的FeVO4。
所述Fe(NO3)3×9H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1~2。
所述Fe(NO3)3×9H2O、NH4VO3与超纯水的摩尔体积比均为0.02~0.2:1mmol/mL。
所述调节悬浮液pH值采用浓度为1.0~5.0mol/L的NH3×H2O或NaOH。
所述热处理的条件：温度为150~200°C，时间为12~36h。
所述FeVO4模拟酶材料作为过氧化物酶，用于对底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)进行催化氧化，实现对H2O2的快速检测。
所述FeVO4模拟酶材料模拟过氧化物酶性能具体测试方法为：依次向离心管中加入磷酸盐缓冲液(PBS)、H2O2溶液、TMB的乙醇溶液和FeVO4分散液，反应7min后观察溶液颜色变化，并记录400~800nm下的紫外可见吸收光谱；所述FeVO4终浓度为100mg/mL；所述H2O2终浓度为2.0mmol/L；所述TMB终浓度为0.8mmol/L。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过水热合成法制备FeVO4模拟酶材料，制备工艺简单、易于控制、成本低廉。
(2)本发明制备的FeVO4模拟酶材料具有一维带状结构，比表面积较大，并且具有磁性，易于回收和重复利用。
(3)本发明制备的FeVO4模拟酶材料具有良好的模拟过氧化物酶催化性能，可以通过比色法快速检测H2O2，并且具有良好的稳定性和重复利用性，在免疫分析等领域具有潜在应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的FeVO4模拟酶材料的XRD图谱(A)和TEM照片(B)。
图2为本发明实施例1制备的FeVO4模拟酶材料模拟过氧化物酶的紫外可见吸收光谱图(A)和FeVO4模拟酶材料重复进行10次模拟酶实验后的吸光度值(B)。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明，有助于本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1带状FeVO4的制备
通过水热合成法制备。将1.0mmolFe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将1.0mmolNH4VO3溶于30mL超纯水中，加热至80°C并进行磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用2.0mol/LNaOH溶液调节悬浮液的pH为4，之后继续搅拌30min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，180°C下反应16h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60°C干燥6h，可得到具有带状结构的FeVO4，尺寸约为2mm，记为FeVO4-4(参见图1)。
图1(A)为实施例1所制备样品的XRD图谱。由图可知，所有衍射峰的位置与标准卡片JCPDSNo.15-0294完全吻合，均归属于正交晶系FeVO4，而且没有出现任何杂质相，可以确定实施例1制备的样品为纯的斜方相FeVO4。此外，由图可知，样品的衍射峰强度较大，衍射峰较尖，说明所制备的FeVO4-4具有较好的结晶度。图1(B)为实施例1所制备样品的TEM照片，由图可见，所制备的FeVO4-4为一维带状结构，长度约为2mm，宽度约为100nm，此外，纳米带表面负载有许多不规则的纳米颗粒，这种纳米带结构将具有较大的比表面积。
实施例2带状FeVO4的制备
通过水热合成法制备，与实施例1不同之处在于，控制水热反应时间为24h。将1.0mmolFe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将1.5mmolNH4VO3溶于30mL超纯水中，加热至80°C并进行磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用3.0mol/LNaOH溶液调节悬浮液的pH为4，之后继续搅拌60min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，180°C下反应16h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60°C干燥6h，可得到具有带状结构的FeVO4，尺寸约为2.5mm。
实施例3带状FeVO4的制备
通过水热合成法制备，与实施例1不同之处在于，控制水热反应温度为160°C。将3.0mmolFe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将3.0mmolNH4VO3溶于30mL超纯水中，加热至80°C并进行磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用4.0mol/LNH3×H2O溶液调节悬浮液的pH为4，之后继续搅拌30min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，160°C下反应16h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60°C干燥6h，可得到具有带状结构的FeVO4，尺寸约为2mm。
实施例4带状FeVO4的制备
通过水热合成法制备，与实施例1不同之处在于，控制悬浮液pH值为1。将2.0mmolFe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将2.0mmolNH4VO3溶于30mL超纯水中，加热至80°C并进行磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用2.0mol/LNH3×H2O溶液调节悬浮液的pH为1，之后继续搅拌45min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，180°C下反应16h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60°C干燥6h，可得到具有带状结构的FeVO4，尺寸约为3mm。
实施例5带状FeVO4的制备
通过水热合成法制备，与实施例1不同之处在于，控制悬浮液pH值为1，并控制水热反应时间32h。将1.0mmolFe(NO3)3·9H2O溶于30mL超纯水中，磁力搅拌使之溶解，得溶解液A；同时将1.0mmolNH4VO3溶于30mL超纯水中，加热至80°C并进行磁力搅拌使之溶解，得到溶解液B；然后将上述溶解液B在磁力搅拌下逐滴滴加到溶解液A中，得悬浮液；之后用2.0mol/LNaOH溶液调节悬浮液的pH为1，之后继续搅拌60min；搅拌结束后，将悬浮液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中进行热处理，180°C下反应32h；反应结束后，将反应釜冷却至室温，产物经过抽滤，抽滤所得沉淀依次经超纯水和无水乙醇洗涤，而后于60°C干燥6h，可得到具有带状结构的FeVO4，尺寸约为4mm。
实施例6FeVO4模拟过氧化物酶
取1个1.5mL离心管，加入750mL50mmol/L的磷酸盐缓冲液(PBS,pH=4.0)、300mL10mmol/LH2O2溶液和150mL8mmol/LTMB的乙醇溶液，然后加入300mL实施例1制备的FeVO4-4分散液(0.5mg/mL)，反应7min后观察溶液变化，并记录400~800nm下的紫外可见吸收光谱(参见图2A)。
图2(A)是四种反应体系对应的紫外可见吸收光谱图，652nm是氧化态TMB的特征吸收峰。由图可见，H2O2+FeVO4、TMB+FeVO4和TMB+H2O2三个体系几乎没有吸收峰，而TMB+H2O2+FeVO4体系在652nm处有明显的吸收峰，且峰形较好。此外，在H2O2+FeVO4、TMB+FeVO4和TMB+H2O2三个体系中，溶液颜色为无色透明，而TMB+H2O2+FeVO4体系中溶液出现明显的蓝色，说明FeVO4在H2O2的存在下催化氧化TMB生成了蓝色氧化物。结果表明，本发明制备的带状FeVO4材料具有良好的模拟过氧化物酶催化活性，是一种模拟酶材料，在H2O2存在下可以催化氧化TMB生成蓝色氧化物，通过这种显色反应可以实现快速检测H2O2，在免疫分析等领域具有潜在应用前景。
实施例7FeVO4重复应用于模拟过氧化物酶
将实施例6中所用的FeVO4材料离心回收，分别用超纯水和无水乙醇多次洗涤，经60°C干燥后按照实施例6中的步骤进行下一次模拟酶反应，连续进行10次，保持其他条件不变。结果如图2(B)所示，在连续进行10次模拟酶实验后，反应体系的吸光度值并未出现明显减小，溶液仍呈现明显的蓝色，显示出FeVO4模拟酶材料良好的重复利用性和稳定性。