纳米酶复合材料及基于纳米酶水凝胶便携式传感平台及其在检测重金属离子中的应用制造技术

本发明专利技术公开纳米酶复合材料及基于纳米酶水凝胶便携式传感平台及其在检测重金属离子中的应用。以ZIF

【技术实现步骤摘要】
纳米酶复合材料及基于纳米酶水凝胶便携式传感平台及其在检测重金属离子中的应用


[0001]本专利技术涉及一种由化学蚀刻、阳离子交换法制备的新型纳米复合材料及其多功能应用，具体涉及一种纳米酶复合材料及基于纳米酶水凝胶便携式传感平台及其在检测重金属离子中的应用。

技术介绍

[0002]随着重金属污染危害性的增大和人们对食品安全的重视，实现重金属离子的现场快检尤为重要。目前使用的多种检测方法(如原子吸收光谱法、原子荧光法、X射线荧光光谱法、示波极谱法)通常需要繁琐的样品预处理、昂贵的仪器及耗时的检测过程，使它们不能满足环境问题和食品相关行业的现场量化需求，限制了它们在重金属离子现场快检中的应用。
[0003]纳米酶是指具有类似天然酶的催化效率和酶促反应动力性质等酶学特性的一类功能纳米材料，与天然酶相比，纳米酶具有来源广泛、成本低廉、易于制备、活性可调等优点。金属有机框架(ZIF
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8)是一种新型多孔材料，它结合了无机分子筛的高稳定性和MOFS的高孔隙率和有机功能，更加适用于纳米酶的开发。
[0004]智能手机越来越普及，如能构筑基于智能手机的比色纳米酶水凝胶便携式检测平台。通过纳米酶水凝胶颜色强度的变化结合智能手机对试剂盒图像数据进行采集与分析，可实现金属离子的智能手机灵敏检测，为食品安全、环境保护和人类健康的便携式监测提供新的视角。目前基于智能手机的重金属离子的便携式监测还属于空白。

技术实现思路

[0005]为解决上述存在的技术问题，本专利技术的目的是设计制备具有类过氧化物酶活性的三维多孔纳米材料，并将其与水凝胶相结合，构筑基于智能手机的比色纳米酶水凝胶便携式检测平台。通过纳米酶水凝胶颜色强度的变化结合智能手机对试剂盒图像数据进行采集与分析，实现金属离子的智能手机灵敏检测，为食品安全、环境保护和人类健康的便携式监测提供新的视角。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：纳米酶复合材料，所述纳米酶复合材料是Fe3O4@CuS，是以ZIF
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8为模板，在Fe3O4表面形成核壳结构得到Fe3O4@ZIF
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8，然后利用化学蚀刻方法得到Fe3O4@ZnS，再通过阳离子交换，获得纳米酶复合材料Fe3O4@CuS。
[0007]纳米酶复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)将三氯化铁和二水合柠檬酸钠溶于乙二醇，超声溶解，加入无水乙酸钠，搅拌30min后，置于反应釜中，于200℃下水热反应10h，所得沉淀依次用乙醇和水洗涤，干燥过夜，得到Fe3O4纳米球；
[0009]2)将Fe3O4纳米球和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于甲醇中，超声30min，加入二甲基咪唑，搅拌后，加入Zn(NO3)2﹒H2O的甲醇溶液，磁力搅拌6h，静置，所得沉淀用甲醇洗涤，离心，
真空干燥，得到Fe3O4@ZIF
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8材料；
[0010]3)将Fe3O4@ZIF
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8材料加入水中，超声10min，加入Na2S溶液，搅拌10h，水洗，离心，真空干燥，得到Fe3O4@ZnS；
[0011]4)将Fe3O4@ZnS加入乙醇中，超声10min，加入Cu(NO3)2﹒3H2O的乙醇溶液，搅拌10h，水洗，真空干燥，得到纳米酶复合材料Fe3O4@CuS。
[0012]本专利技术提供的纳米酶复合材料在定性检测溶液中重金属离子中的应用。
[0013]进一步的，方法如下：于100μL含有重金属离子的溶液中，加入20μL浓度为0.4
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1.2mg/mL的纳米酶复合材料Fe3O4@CuS，4
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30℃孵育10min后，依次加入60μL浓度为1
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10mmol/L的3,3',5,5'
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四甲基联苯胺(TMB)溶液和200μL质量百分浓度为5
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30％的H2O2溶液，最后加pH＝4的HAc
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NaAc缓冲溶液至3mL，混合10min后，利用紫外可见分光光度计测量吸光度。
[0014]本专利技术提供的纳米酶复合材料在定量检测溶液中重金属离子中的应用。
[0015]进一步的，方法如下：
[0016]1)配制重金属离子标准系列工作溶液，浓度范围为10
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100μmol/L；
[0017]2)取100μL不同浓度的重金属离子标准系列工作溶液，加入20μL浓度为0.4
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1.2mg/mL的纳米酶复合材料Fe3O4@CuS溶液，4
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30℃孵育10min后，依次加入60μL浓度为1
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10mmol/L的3,3',5,5'
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四甲基联苯胺溶液和200μL质量百分浓度为5
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30％的H2O2溶液，最后加pH＝4的HAc
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NaAc缓冲溶液至3mL，混合10min后，利用紫外可见分光光度计测量吸光度；将吸光度与重金属离子浓度做标准曲线，得出线性方程；
[0018]3)于100μL含有重金属离子的溶液中，加入20μL浓度为0.4
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1.2mg/mL的纳米酶复合材料Fe3O4@CuS，4
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30℃孵育10min后，依次加入60μL浓度为1
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10mmol/L的3,3',5,5'
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四甲基联苯胺溶液和200μL质量百分浓度为5
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30％的H2O2溶液，最后加pH＝4的HAc
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NaAc缓冲溶液至3mL，混合10min后，利用紫外可见分光光度计测量吸光度，根据线性方程求出重金属离子浓度。
[0019]一种基于纳米酶水凝胶便携式传感平台，所述基于纳米酶水凝胶便携式传感平台，制备方法包括如下步骤：取纳米酶复合材料Fe3O4@CuS和海藻酸钠，混合均匀后，滴入无水氯化钙溶液，制备出水凝胶，然后加入3,3',5,5'
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四甲基联苯胺溶液和H2O2溶液，搅拌均匀，获得基于纳米酶水凝胶便携式传感平台。
[0020]本专利技术提供的一种基于纳米酶水凝胶便携式传感平台在定性和定量检测重金属离子中的应用。
[0021]进一步的，定性检测重金属离子的方法包括如下步骤：取纳米酶复合材料Fe3O4@CuS和海藻酸钠，混合均匀后，滴入无水氯化钙溶液，制备出水凝胶，然后加入含有重金属离子的溶液20℃孵育10min后，加入3,3',5,5'
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四甲基联苯胺溶液和H2O2溶液，搅拌均匀，最后利用color picker APP进行拍照。
[0022]进一步的，定量检测重金属离子的方法包括如下步骤：
[0023]1)配制重金属离子标准系列工作溶液，浓度范围为5
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100μmol/L；
[0024]2)取纳米酶复合材料Fe3O4@CuS和海藻酸钠，混合均匀后，滴入无水氯化钙溶液，制备出水凝胶，然后分别加入不同浓度的重金属离子标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.纳米酶复合材料，其特征在于，所述纳米酶复合材料是Fe3O4@CuS，是以ZIF
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8为模板，在Fe3O4表面形成核壳结构得到Fe3O4@ZIF
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8，然后利用化学蚀刻方法得到Fe3O4@ZnS，再通过阳离子交换，获得纳米酶复合材料Fe3O4@CuS。2.权利要求1所述的纳米酶复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：1)将三氯化铁和二水合柠檬酸钠溶于乙二醇，超声溶解，加入无水乙酸钠，搅拌30min后，置于反应釜中，于200℃下水热反应10h，所得沉淀依次用乙醇和水洗涤，干燥过夜，得到Fe3O4纳米球；2)将Fe3O4纳米球和聚乙烯吡咯烷酮溶于甲醇中，超声30min，加入二甲基咪唑，搅拌后，加入Zn(NO3)2﹒H2O的甲醇溶液，磁力搅拌6h，静置，所得沉淀用甲醇洗涤，离心，真空干燥，得到Fe3O4@ZIF
‑
8材料；3)将Fe3O4@ZIF
‑
8材料加入水中，超声10min，加入Na2S溶液，搅拌10h，水洗，离心，真空干燥，得到Fe3O4@ZnS；4)将Fe3O4@ZnS加入乙醇中，超声10min，加入Cu(NO3)2﹒3H2O的乙醇溶液，搅拌10h，水洗，真空干燥，得到纳米酶复合材料Fe3O4@CuS。3.权利要求1所述的纳米酶复合材料在定性检测溶液中重金属离子中的应用。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，方法如下：于100μL含有重金属离子的溶液中，加入20μL浓度为0.4
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1.2mg/mL的权利要求1所述的纳米酶复合材料Fe3O4@CuS，4
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30℃孵育10min后，依次加入60μL浓度为1
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10mmol/L的3,3',5,5'
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四甲基联苯胺溶液和200μL质量百分浓度为5
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30％的H2O2溶液，最后加pH＝4的HAc
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NaAc缓冲溶液至3mL，混合10min后，利用紫外可见分光光度计测量吸光度。5.权利要求1所述的纳米酶复合材料在定量检测溶液中重金属离子中的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，方法如下：1)配制重金属离子标准系列工作溶液，浓度范围为10
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100μmol/L；2)取100μL不同标准浓度的重金属离子标准系列工作溶液，加入20μL浓度为0.4
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1.2mg/mL的权利要求1所述的纳米酶复合材料Fe3O4@CuS溶液，4
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30℃混合孵育10min后，依次加入60μL浓度为1
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10mmol/L的3,3',5,5'
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四甲基联苯胺溶液和200μL质量百分浓度为5
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30％的H2O2溶液，最后加pH＝4的HAc
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【专利技术属性】
技术研发人员：张铭冉，杨斌，许旭，高佳欣，马慕瑶，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：