[发明专利]活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶的制备方法及其作为纳米生物探针检测过氧化氢的应用

说明书

本发明公开了一种活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶的制备方法及其作为纳米生物探针检测过氧化氢的应用，以EDTA二钠和活性金属为前驱体，经过螯合制得中间体，在惰性气氛下进行热聚合反应，反应物经过研磨，再分散到水中超声、过滤、干燥等步骤，最终获得活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶。本方法操作简便，无需苛刻反应条件即可实现对碳荧光量子点的规模化制备与活性金属和氮元素共同掺杂，所得到的碳点在水溶液中具有良好的分散性和较宽的荧光发射范围，该纳米酶作为荧光探针可以应用于过氧化氢的检测，并在医学成像和其他生物分子的检测等领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米酶的合成技术领域，具体涉及一种活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶的制备方法及其作为纳米生物探针检测过氧化氢的应用。

背景技术

纳米酶是一类具有类酶催化活性的纳米材料。由于天然酶对温度、酸碱性等敏感、易失活、难提纯、不易保存、成本高昂等限制，影响其在工业生产和科学研究中的广泛使用。因此，研究者一直致力于开发能克服上述缺陷的纳米酶。自Fe₃O₄磁性纳米粒子被报道具有类过氧化物酶活性以来，在过去的十年里，纳米酶的构建已经成为研究热点。与天然酶相比，这些纳米酶具有更高的稳定性、对极端环境耐受性强、成本低及易于制备、存储和操作等优点。

相比于传统的过渡金属氧化物纳米酶和贵金属纳米酶，碳纳米酶表面具有大量的基团，如羧基、羟基等含氧功能基团而具有十分良好的水分散性。然而碳纳米酶的制备常常用到水热等方法，不利于碳纳米酶的规模化生产和商业化应用。同时相对于过渡金属氧化物纳米酶和贵金属纳米酶，单纯的碳纳米酶的催化活性相对较差。异质原子掺杂是提高碳纳米酶活性的有效方法。因此，开发一种同时实现能够异质原子掺杂和规模化制备碳纳米酶的制备方法具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶的制备方法，该方法以EDTA二钠和活性金属盐为前驱体，经过螯合制得中间体，在惰性气氛下进行热聚合反应，反应物经过研磨，再分散到水中超声、过滤、干燥等步骤，最终制得活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶，其能够作为纳米生物探针用于检测过氧化氢。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将金属盐和乙二胺四乙酸二钠分别溶于去离子水中形成均一的金属盐溶液和乙二胺四乙酸二钠溶液，再将金属盐溶液滴加到乙二胺四乙酸二钠溶液中，然后加入醇类化合物，将所得的反应液过滤，所得滤饼用去离子水洗去杂质后干燥得到固体粉末，其中金属盐为硝酸钴、乙酸钴、硫酸钴、硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰、硝酸铈、乙酸铈、硫酸铈、硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、硝酸铁、乙酸铁或硫酸亚铁，醇类化合物为甲醇或乙醇；

步骤S2：将步骤S1干燥后的固体粉末放入管式炉的石英管中，在惰性气氛下于150-500℃热聚合反应0.1-10h得到棕黑色产品；

步骤S3：将热聚合反应得到棕黑色产品研磨后在超声处理下分散到去离子水中，将离心后的上清棕色溶液用微孔过滤器过滤除去大颗粒物质，再经过透析后于40-200℃干燥1-12h得到活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶。

优选的，步骤S1中所述乙二胺四乙酸二钠与金属盐的投料摩尔比为0.001-5:1。

优选的，步骤S3中所述离心时间为2-60min，透析时间为12-20h。

本发明所述的活性金属和氮元素共掺杂的碳纳米酶作为生物纳米探针检测过氧化氢的应用，检测结果不但能从反应液颜色的变化显现出来，也能通过比率荧光的变化显现出来，从而实现过氧化氢的多通道检测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的制备方法简单、原材料廉价易得、制备工艺简单易行且成本低廉；