一种复合纳米酶及利用复合纳米酶检测去除有机磷的方法

本发明涉及有机磷检测的，具体涉及一种可检测、吸附和消解有机磷毒剂的复合纳米酶以及利用该复合纳米酶检测去除有机磷的方法。

背景技术：

1、有机磷毒剂是人工合成的毒性最高的化合物，其在生物体内会与神经突触中的乙酰胆碱酯酶不可逆地结合，使乙酰胆碱酯酶失活，导致体内乙酰胆碱过量积蓄，使得肌肉只能保持收缩状态，引起神经功能严重紊乱。毒性较小的有机磷类农药通过皮肤或鼻腔吸入或误食也同样会表现出有机磷化合物的中毒症状。农药的使用会带来农药残留、土壤污染、水体污染等问题，同样威胁着人类的生命健康安全，增加致癌、致畸、致基因突变的风险。此外，有机磷酸酯类神经性毒剂(例如sarin、soman和vx等)，毒性强，与乙酰胆碱酯酶不可逆结合导致致死量乙酰胆碱在体内的积累，造成大规模毒害或杀伤的严重后果。因此，对有机磷毒剂的检测和消解的研究具有重要意义和实际应用价值。

2、由于有机磷毒剂无色无味，无法通过人眼或气味鉴定环境中是否存在有机磷毒剂，因此对有机磷毒剂的检测具有重要意义。目前，常见的检测有机磷毒剂的方法有色谱法、比色传感器法、荧光传感器法、电化学法等。其中，色谱法前处理工艺复杂、检测成本高、对操作人员有一定要求、无法进行现场分析检测、检测时间长等缺点；电化学法存在电极制作难度大、电极材料要求高等问题，导致其成本较高；而荧光法和比色法制备方法简单、检测成本低廉，即使是非专业人员也可操作。但是传统的荧光法大多基于小分子荧光剂构建，稳定性差，易分解，荧光不稳定；传统的比色法多用金属纳米颗粒构建，存在易团聚的问题，且单一的检测模式容易受到环境因素的干扰，导致检测结果出现误差。因此，制备一种发光稳定、不易分解的能构建荧光和比色双重检测体系的材料至关重要，这种材料若对被检测的有机磷毒剂同时具有消解作用则更具有实际应用价值。

3、如何彻底销毁有机磷毒剂及其减小二次污染是世界性难题，消解有机磷化合物，降低有机磷毒剂对人体和环境的毒害污染，已成为世界各国研究目标。目前降解有机磷毒剂的技术主要有化学消解、光消解和生物消解三大类。传统的化学消解指使用漂白剂对有机磷氯氧化，使用强碱水解磷酸酯，或者在高温下热降解有机磷，这些方法存在漂白剂不稳定、可消解目标有机磷种类单一、消耗大、二次污染等问题。而生物降解指微生物本身或其代谢酶将有机磷毒剂直接有效地降解为无毒或低毒物质。该降解方法具有操作简单易行、成本低、反应条件温和、速度快、不易造成二次污染等优点，逐渐成为消解有机磷毒剂的研究热点。虽然降解有机磷毒剂的酶种类很多，但是各种降解酶的来源、酶学性质和底物范围存在很大差异。因此，寻找一种能广泛降解有机磷的酶是非常重要的。近年来，磷酸三酯酶在催化水解有机磷神经毒剂方面具有高催化效率，广泛的底物特异性等优势，而备受关注。但其来源有限，难以制备，稳定性不高，导致无法广泛应用。近年来，金属有机框架材料具有非常高的表面积、永久孔隙率和高活性催化位点，因此近年来成为消解有机磷毒剂的热门材料之一，此外，基于金属有机框架材料设计的纳米酶在检测有机磷毒剂方面也有一定的应用前景。

4、因此，基于金属有机框架材料设计一种检测和消解有机磷毒剂于一体的功能材料，使其满足荧光和比色双重响应的传感能力，同时能够消解体系中的有机磷毒剂，避免二次污染，这在实际应用中具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种可检测、吸附和消解有机磷毒剂的复合纳米酶和利用复合纳米酶检测去除有机磷的方法。本发明中通过将金纳米簇(auncs)复合在金属有机框架材料uio上得到金复合粒子uio@auncs，并在uio@auncs上原位负载二氧化锰纳米片层，得到复合纳米酶uio@auncs/mno2。本发明中的金复合粒子uio@auncs在紫外光照射条件下，具有极强的荧光性能，原位负载二氧化锰纳米片层后，使uio@auncs的荧光淬灭，并具有氧化性。利用复合纳米酶uio@auncs/mno2可以实现有机磷毒剂的快速准确检测，并能够吸收、消解有机磷毒剂，从而完成本发明。

2、本发明的目的在于提供一种复合纳米酶，其为负载有二氧化锰的金纳米簇和金属有机框架材料uio的复合纳米粒子。所述金属有机框架材料uio为uio-66、uio-67和uio-68中的一种或几种。

3、优选地，复合纳米酶通过将金复合粒子uio@auncs分散液加入到高锰酸钾溶液中，经超声作用，后处理得到。

4、本发明的目的还在于提供所述复合纳米酶的制备方法，所述方法将金复合粒子uio@auncs分散液加入到高锰酸钾溶液中，经超声作用，后处理，得到复合纳米酶uio@auncs/mno2。

5、所述方法具体包括以下步骤：

6、步骤1.制得金复合粒子uio@auncs分散液；

7、步骤2.金复合粒子uio@auncs分散液加入到高锰酸钾溶液，密封超声处理，得到反应液；

8、步骤3.后处理反应液，得到复合纳米酶uio@auncs/mno2。

9、本发明的又一目的在于提供一种利用复合纳米酶uio@auncs/mno2检测去除有机磷的方法，其具体包括以下步骤：

10、步骤一、将载体置于复合纳米酶(uio@auncs/mno2)分散液中，得到复合纳米酶载体；

11、步骤二、使乙酰胆碱酯酶溶液和待检测溶液混合20-35min，再加入硫代乙酰胆碱溶液混合20-35min，得到溶液ⅰ，再与复合纳米酶载体作用；

12、步骤三、利用紫外光照射复合纳米酶载体，检测荧光强度；

13、步骤四、将3,3',5,5'-四甲基联苯胺溶液滴加在步骤三中的复合纳米酶载体，观察颜色变化。

14、本发明所具有以下有益效果：

15、(1)本发明利用有机金属框架材料uio复合金纳米簇，使金纳米簇在uio中非团聚富集，提高荧光强度和复合粒子稳定性。使用金纳米簇的聚集诱导发光效应，将金纳米簇的红色暗荧光，转变为橙黄色亮荧光，制备方法简单。同时，由于uio的存在，uio@auncs具有消解有机磷毒剂的能力。

16、(2)在uio@auncs复合粒子原位复合纳米二氧化锰形成复合纳米酶uio@auncs/mno2。在待检测液中先加入乙酰胆碱酯酶，然后再加入硫代乙酰胆碱。在有机磷存在时，可抑制乙酰胆碱酯酶活性，硫代乙酰胆碱生成的硫代胆碱大幅减少，复合纳米酶uio@auncs/mno2中的纳米二氧化锰稳定存在，荧光淬灭。若无有机磷存在，则表现为强荧光。

17、(3)本发明中的复合纳米酶uio@auncs/mno2还可吸附消解有机磷，有机磷与复合纳米酶进行作用后消解，检测体系则转变为强荧光，也能指示有机磷得到去除。

18、(4)本发明中的复合纳米酶uio@auncs/mno2中的二氧化锰片层具有氧化性能，能将显色底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺氧化出现显色反应，使纳米酶能用于构建比色传感器检测有机磷毒剂。

19、(5)本发明利用复合纳米酶检测去除有机磷的方法大大提高了检测有机磷毒剂的准确性，很大程度上避免了单一传感模式容易受到环境因素的干扰，导致错误信号的问题。

20、(6)本发明方法将获得的纳米酶与硫代乙酰胆碱-乙酰胆碱酯酶体系联用，构建了一个生物化学传感器，由于乙酰胆碱酯酶对有机磷毒剂敏感，因此这种检测方法具有灵敏度高、准确度高的优点。