[发明专利]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

说明书

本发明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‑8为模板，在Fe₃O₄表面形成核壳结构得到Fe₃O₄@ZIF‑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。本发明制备方法简单，装置易设计、便于携带、可实时检测。合成的材料高度稳定、具有磁性以及良好的类过氧化物酶活性，将其与水凝胶结合，构建基于智能手机的比色纳米酶水凝胶便携式检测平台，实现金属离子浓度的智能手机灵敏检测。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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-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。

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。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明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。

本发明采用的技术方案是：纳米酶复合材料，所述纳米酶复合材料是Fe₃O₄@CuS，是以ZIF-8为模板，在Fe₃O₄表面形成核壳结构得到Fe₃O₄@ZIF-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。

纳米酶复合材料的制备方法，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(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-8材料；