一种铜基金属-有机框架模拟酶材料及其制备方法和应用

本发明属于模拟酶，具体涉及一种铜基金属-有机框架模拟酶材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自从2007年首次报道fe3o4无机纳米粒子具有类似过氧化物酶活性，纳米酶——一类自身蕴含酶学特性的纳米材料，已经形成一个新兴领域。作为新一代模拟酶，纳米酶具有成本低、稳定性高、催化活性可调、丰富的表面化学形貌、易于大规模生产等优点。它们被广泛应用于生物传感、生物成像、抗氧化、肿瘤治疗和环境保护等领域。

2、研究表明，磁性氧化铁纳米颗粒、铂纳米颗粒、氧化锰纳米颗粒、金纳米颗粒和五氧化二钒纳米线可以模拟天然酶实现抗氧化的效果。虽然它们表现出优异的酶催化活性，但它们的酶学性质却不同。它们分别表现出了类过氧化物酶(pod)、类过氧化氢酶(cat)、类超氧化物歧化酶(sod)、类葡萄糖氧化酶(gox)和类谷胱甘肽过氧化物酶(gpx)类的催化活性。这些过氧化物酶底物被氧化的过程中通常伴随着uv-vis吸收光谱和荧光光谱的变化。

3、在基于金属纳米材料的纳米酶研究中，金属-有机框架材料(mof)基纳米酶已成为纳米酶学领域的一个重要研究分支。mof作为一类由金属离子或金属簇与有机配体自组装形成的网状多孔材料，具有可以精确地从头设计、可调的孔结构与功能、丰富的开放金属位点、可调的理化性质、丰富且明确的酶模拟态等优点，在纳米酶研究领域已经成为研究焦点。

4、针对天然酶存在一些固有的缺点，如制备和纯化成本高、稳定性差、对反应环境敏感、难以回收和再利用等；以及传统的无机纳米酶存在种类较少，不可调控，特异性差等缺点；以及高效、专一、稳定、应用前景广泛的纳米酶剂的构建仍然十分匮乏。

5、研究者认为mof基纳米酶或许可以有效解决上述问题。mof基纳米酶具有孔径和形状可操控、比表面积大、易修饰和活性位点较多等优点。此外，由于具有特殊的结构和多个暴露的金属活性位点而显示出色的酶催化活性。因此，提供一种具有高效专一的金属有机框架基纳米酶材料是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铜基金属-有机框架模拟酶材料及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的目的之一是提供一种铜基金属-有机框架模拟酶材料及其制备方法和应用。

4、本发明的一种铜基金属-有机框架模拟酶材料，该材料具有长程有序的晶体结构以及规则的孔道，其化学式为[m(l)x(g)y]，其中m为铜离子；其中l为2,3,5,6-四(4-羧基苯基)吡嗪；g表示与金属离子配位或在晶体孔道内的溶剂分子，为n，n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或者n,n-二乙基甲酰胺。其中，0.5≤x≤1；10≤y≤50。

5、本发明又提供了所述铜基金属-有机框架模拟酶材料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将铜盐与有机配体2,3,5,6-四(4-羧基苯基)吡嗪溶解在溶剂中得到混合溶液，所述溶剂含有所述有机溶剂分子；

7、(2)将步骤(1)所得混合溶液加热反应获得所述具有模拟过氧化物酶活性的铜基金属-有机框架材料。

8、优选的，所述铜盐为硝酸铜和乙酸铜中的至少一种。

9、优选的，所述溶剂还含有盐酸溶液，盐酸溶液浓度为1.5m，所述有机溶剂与盐酸溶液的体积比为1.5∶1。

10、优选的，步骤(2)中加热反应的温度为80～90℃，时间为1～3天。

11、本发明中，含有四羧酸基团的四边形对称配体是2,3,5,6-四(4-羧基苯基)吡嗪，结构式如下：

12、

13、本发明的铜基金属-有机框架材料稳定性好，表现出高效的、专一的类过氧化物酶的催化活性。

14、本发明还提供了所述铜基金属-有机框架模拟酶材料在比色检测过氧化氢浓度中的应用。

15、本发明还提供了一种比色检测过氧化氢浓度的方法，包括以下步骤：

16、s1，将所述铜基金属-有机框架模拟酶材料分散在水中，获得铜基金属-有机框架材料分散液；

17、s2，将步骤s1所得铜基金属-有机框架材料分散液与过氧化氢、过氧化物酶的底物邻苯二胺溶液、缓冲液混合后，加入到待测溶液中进行反应；

18、s3，过滤后，测定邻苯二胺吸光度与h2o2浓度之间的动力学曲线，从而基于该动力学曲线得到吸光度与不同浓度h2o2之间的线性关系；

19、s4，测定待测溶液的吸光度，并代入步骤s3所得线性关系，计算待测溶液中h2o2的浓度。

20、优选的，步骤s2中反应温度为20～50℃，时间为30～60min；反应体系中的过氧化氢的浓度为0.5～330mm；所述缓冲液的pbs缓冲液的ph为5.0～6.0、浓度为5～10mm。

21、本发明具体的有益效果在于：

22、(1)本发明的铜基金属-有机框架材料的合成方法工艺简单、条件温和，产率高达60％-65％。将反应原料溶解后，于80℃左右反应就可获得所需的材料。在所有使用的原料中没有有毒有害的物质和催化剂，制备过程中也没有产生有毒有害的物质。

23、(2)制备获得的铜基金属-有机框架材料具有新颖的晶体结构，由2个铜离子组成的cu2(μ3-o)2(coo)4簇和去质子化的四羧酸tcpp4-配体连接形成的三维网络结构，每个cu2(μ3-o)2(coo)4簇上连接4个去质子化的四羧酸tcpp4-配体，而每个去质子化的四羧酸tcpp4-配体则连接4个cu2(μ3-o)2(coo)4簇。该铜基金属-有机框架材料在空气中、水中和不同缓冲液中均具有良好的稳定性。

24、(3)本发明制备的铜基金属-有机框架材料是一种具有有序微孔结构和规则的孔道的晶态材料。该铜基金属-有机框架材料在h2o2存在下，只能够与opd过氧化物酶的底物反应，而不与tmb、abts等过氧化物酶以及3,5-dtbc氧化酶的底物反应。与对比例1-6中提到的对比材料mno2、ceo2、fe3o4、mof-808、hkust-1、y-tcpp-2等相比，该铜基金属-有机框架材料具有最高的专一的opd催化氧化速率。因此，本发明制备的铜基金属-有机框架材料是首例表现出高效的、专一的类过氧化物酶催化活性的mof材料。这为将来模拟酶材料在生物领域的实际应用提供了实验和理论依据。

25、(4)基于制备的铜基金属-有机框架材料在h2o2存在下，与opd底物的氧化反应过程中伴随着uv-vis吸收值以及荧光的变化的特征，制备的铜基金属-有机框架材料可以在0.5～330mm的浓度范围内精确应用于比色检测过氧化氢，说明该双功能传感器的巨大优势。

技术特征：

1.一种铜基金属-有机框架模拟酶材料，其特征在于，化学式为

2.根据权利要求1所述铜基金属-有机框架模拟酶材料，其特征在于，化学式中g为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或者n,n-二乙基甲酰胺中的至少一种。

3.权利要求1或2任一所述铜基金属-有机框架模拟酶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述铜盐为硝酸铜和乙酸铜中的至少一种。

5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述溶剂还含有盐酸溶液，盐酸溶液浓度为1.5m，所述有机溶剂与盐酸溶液的体积比为1.5∶1。

6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中加热反应的温度为80～90℃，时间为1～3天。

7.权利要求1或2任一所述铜基金属-有机框架模拟酶材料在比色检测过氧化氢浓度中的应用。

8.一种比色检测过氧化氢浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述比色检测过氧化氢浓度的方法，其特征在于，步骤s2中反应温度为20～50℃，时间为30～60min；

技术总结本发明公开了一种铜基金属‑有机框架模拟酶材料及其制备方法和应用。本发明基于2,3,5,6‑四(4‑羧基苯基)吡嗪配体制备了铜基金属‑有机框架材料。本发明制备方法简便、条件温和、获得的铜基金属‑有机框架材料稳定性好，表现出高效的、专一的类过氧化物酶的催化活性。具体地，铜基金属‑有机框架材料在H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;存在下，能够与过氧化物酶的OPD底物反应，而不与TMB、ABTS等过氧化物酶底物以及儿茶酚氧化酶3,5‑DTBC底物反应。本发明制备的铜基金属‑有机框架材料在比色检测H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;等领域有良好的应用前景。技术研发人员：崔元靖,郑和奇,周鸿志,曹文倩受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心技术研发日：技术公布日：2024/6/18