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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410559673.0(22)申请日 2014.10.20B01J 27/057(2006.01)C01B 19/02(2006.01)C08G 73/02(2006.01)C08G 73/06(2006.01)C08G 61/12(2006.01)(71)申请人青岛科技大学地址 266061 山东省青岛市松岭路99号(72)发明人王玮 李雷雷 陈克正(74)专利代理机构青岛发思特专利商标代理有限公司 37212代理人王志义(54) 发明名称一种纳米黑硒过氧化物模拟酶及其制备方法(57) 摘要本发明公开了一种具有过氧化物酶模拟活性的。
2、纳米黑硒及其制备方法，属于纳米材料制备及应用领域，其制备方法是，以二氧化硒为原料，以浓硫酸为还原剂，在溶剂热条件下制备纳米级的黑色单质硒。该物质具有类似过氧化物酶的催化活性，可以催化过氧化物酶底物3,3,5,5-四甲基联苯胺与过氧化氢的显色反应。制备方法简单，反应产物容易分离提纯，所用反应仪器和试剂价格低廉，克服了天然酶难提纯、价格昂贵的缺点，可用于易导致酶变性的工作环境，并在水溶性导电聚合物的绿色合成领域中有很好的应用前景。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图2页(10)申请公布号 CN 104437560 A(43)。
3、申请公布日 2015.03.25CN 104437560 A1/1页21.一种纳米黑硒过氧化物模拟酶，其特征在于，该纳米黑硒过氧化物模拟酶具有类似过氧化物酶的模拟活性，能够催化过氧化物酶底物3,3,5,5-四甲基联苯胺与过氧化氢的显色反应，能够催化水溶性导电聚合物的绿色合成；其制备方法是，将二氧化硒溶解于浓硫酸中，加入溶剂，转移至高压釜中采用溶剂热法制备纳米黑硒过氧化物模拟酶。2.根据权利要求1所述的纳米黑硒过氧化物模拟酶，其特征在于，所述的溶剂为水和丙三醇的混合溶剂，水和丙三醇的体积比为1:66:1。3.根据权利要求1所述的纳米黑硒过氧化物模拟酶，其特征在于，所述的溶剂热法反应温度为1202。
4、00；所述的溶剂热法反应时间为618小时。4.根据权利要求1所述的纳米黑硒过氧化物模拟酶，其特征在于，所述纳米黑硒过氧化物模拟酶的制备过程：称量0.0220.44g二氧化硒(SeO2)，室温下溶解于0.510mL去离子水中，加入0.081.6mL质量浓度为98的浓硫酸，搅拌5分钟后，加入1030mL丙三醇，继续搅拌30分钟，将混合物转移至高压釜中，120180反应618小时；产物离心，离心后的沉淀用去离子水和乙醇各洗涤3次后，60真空干燥，制得纳米黑硒粉末。权 利 要 求 书CN 104437560 A1/5页3一种纳米黑硒过氧化物模拟酶及其制备方法技术领域0001 本发明涉及一种纳米黑硒过氧。
5、化物模拟酶及其制备方法，属纳米材料制备及其应用技术领域。背景技术0002 随着人类环保意识及社会可持续发展理念的增强，酶催化工艺作为一种绿色的合成技术已成为目前化学工业领域中研究和应用的热点。作为工业生物技术的核心，酶催化技术被誉为工业可持续发展最有希望的技术。生物催化和生物转化技术，将是我国生物化工行业实现生产方式变更，产品结构调整与清洁高效制造的有力保证。近年来，随着绿色化学的兴起，酶催化作为绿色化学的一个重要组成部分，成为现代生物学和化学交叉领域里最活跃的研究领域之一，许多酶催化工艺已经用于手性药物、农药等精细化学品的生产中，并且有稳步上升，快速发展的趋势。0003 以1973年通过聚乙。
6、炔掺杂而发现高导电性有机材料为起点，导电高分子作为新型功能材料日益受到了各方面的关注，尤其是本征型共扼导电聚合物，在化学电源、电磁屏蔽、抗静电、信息贮存及处理、电致变色材料、传感器、隐身材料等领域有着广阔的应用前景。在诸多的导电聚合物中，聚苯胺(简称PANI)、聚吡咯(简称PPy)和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(简称PEDOT)因其原料廉价易得、优异的电化学性能及化学稳定性，被认为是最有希望在实际中得到应用的导电聚合物，因而成为导电聚合物的研究热点。0004 目前，商业化的导电聚合物一般是通过传统化学法或电化学的方法得到的，反应的第一步都是单体被氧化生成阳离子自由基。传统化学法的优点是产率较高，。
7、可以实现规模化生产，但必须使用有害环境的有机溶剂或使用强氧化剂才能完成第一步反应，同时这些强氧化剂会产生大量的副产物，例如用过硫酸钾做氧化剂，每获得1公斤的聚合物，就会产生1公斤的硫酸铵盐副产物，且反应后需繁琐的净化和分离过程。电化学法相对环保，但产率太低，难以实现规模化生产。此外，目前商业化的导电高分子几乎不溶不熔，很难成型加工。这些不足都是扩大导电聚合物应用的巨大障碍，而酶促聚合恰恰可以克服这些不足。0005 酶是生物体中存在的一种高效催化剂，酶催化具有自己的独特之处。首先，酶催化具有高效性和很高的区域选择性及立体选择性，并且反应大多数可在水中进行，避免了污染环境的有机溶剂的使用；其次，酶。
8、催化剂反应条件温和，大量研究已经证实，酶可以在环境友好型氧化剂(例如分子氧或者H2O2)的协助下，催化苯胺、吡咯、噻吩等单体的聚合，制备导电聚合物，从而克服了传统化学法采用强氧化剂所存在的副产物多、分离提纯步骤繁琐的不足；第三，酶催化生成的导电高分子大都具有水溶性，这对于改善导电聚合物的可加工性能，拓展其应用范围是很有意义的。0006 最早有关天然酶催化合成导电聚合物的报道见于1990年的Journal of Biotechnology杂志，作者采用胆红素氧化酶(bilirubin oxidase)催化了苯胺的聚合，制备了聚苯胺薄膜(J.Biotechnol.1990,14,3-4:301-3。
9、09)。自此，酶促苯胺聚合的报道大量涌现出来，其中研究最广泛的酶是辣根过氧化物酶(HRP)(Macromolecules,2说 明 书CN 104437560 A2/5页4004,37,4130-4138)。之后，人们又陆续发现，从皇家棕榈树中提取出来的棕榈树过氧化物酶(Enzyme Microb.Technol.2003,33(5):661-667)、从白腐菌菌株中提取出的漆酶(J.Appl.Polym.Sci.2009,114:928-934)、从大豆中提取出的大豆过氧化物酶(Eur.Polym.J.2005,41:1129-1135)以及葡萄糖氧化酶(Polymer2009,50:184。
10、6-1851)也可以催化苯胺的聚合。0007 遗憾的是，由于天然酶对热和pH极为敏感，因此具有稳定性差、易变性失活、贮存困难、价格昂贵等缺点，从而限制了酶催化工艺的规模开发和利用。有文献报道，辣根过氧化物酶HRP仅能在4.04.65的很窄的pH范围内催化水溶性导电聚苯胺的合成，pH高于4.65，只能制得不导电的聚苯胺，而pH低于4.0，HRP便失去催化活性(J.Am.Chem.Soc.,1999,121,71)。在这一研究背景下，一类可以模拟天然酶的催化活性的物质模拟酶，逐渐被人们开发。模拟酶是人工合成的仿酶催化剂，它具有类似酶的催化功能，但结构比天然酶简单，化学性质稳定，还有高效、高选择性和。
11、价廉易得等优点。模拟酶的研究不仅对生物化学有重要意义，而且对绿色化学的开发和社会可持续发展都有着重要的研究价值。0008 目前，国内外多个课题组都在积极地致力于模拟酶的研究，并开展了大量具有催化活性的酶模拟物的研究和开发。0009 2007年之前，过氧化物模拟酶的研究主要聚焦于金属-有机配合物模拟酶，虽然这些人工模拟物的成本比天然酶有所下降，但是仍存在有机合成工艺复杂、提纯分离困难的局限性，特别是作为有机物，其热稳定性差、易失活的不足，与天然酶相比，并没有得到明显改善。0010 纳米颗粒模拟酶是近几年内涌现出的一类新型模拟酶。2007年，中科院生物物理研究所阎锡蕴研究员首次发现氧化铁纳米颗粒具。
12、有类似过氧化物酶的催化活性，并提出了纳米颗粒模拟酶的概念(Nat.Nanotechnol.2007,2,577-583)。自此，纳米材料因其高的催化活性、独特的小尺寸效应与表面效应、不易失活、易保存等特点而逐渐成为模拟酶研究的热点。随后该领域的研究结果显示：处于纳米尺度的氧化石墨烯(Adv.Mater.2010,22,2206-2210)、硫化镉纳米粒子(Angew.Chem.Int.Edit.2008,47:5335-5339)、CoFe2O4磁性纳米颗粒(Chem.Commun.2011,47:10785-10787)、单壁碳纳米管(Chem.-Eur.J.2010,16:3617-362。
13、1)、FeS纳米片(Chem.-Eur.J.2009,15:4321-4326)、氧化铈纳米粒子(Chem.Commun.2010,46,2736-2738)、V2O5纳米线(Adv.Funct.Mater.2011,21:501-509)、铂纳米晶(Colloid.Surface,A 2011,373:6-10)、磷酸铈纳米粒子(Chem.Commun.2012,48:6839-6841)、磷酸铁微米颗粒(Chem.Commun.2012,48:7289-7291)等也都表现出了类似的酶活性。但是采用纳米材料模拟酶为催化剂，催化导电聚合物的合成，目前尚未见报道。发明内容0011 本发明针对天。
14、然酶易失活、难提纯、价格高等问题，提供了一种不易失活、易提纯、价格低廉的纳米黑硒过氧化物模拟酶及其制备方法。0012 为实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：0013 本发明所述纳米黑硒过氧化物模拟酶具有类似过氧化物酶的模拟活性，能够催化说 明 书CN 104437560 A3/5页5过氧化物酶底物3,3,5,5-四甲基联苯胺与过氧化氢的显色反应，能够催化水溶性导电聚合物的绿色合成；其制备方法是，将二氧化硒溶解于浓硫酸中，加入溶剂，转移至高压釜中采用溶剂热法制备纳米黑硒过氧化物模拟酶。0014 其中，所述的溶剂为水和丙三醇的混合溶剂，水和丙三醇的体积比为1:66:1，优选为1:3。0015。
15、 所述的溶剂热法反应温度为120200，优选为180。0016 所述的溶剂热法反应时间为618小时，优选为12小时。0017 所述纳米黑硒过氧化物模拟酶的具体制备过程：0018 称量0.0220.44g二氧化硒(SeO2)，室温下溶解于0.510mL去离子水中，加入0.081.6mL质量浓度为98的浓硫酸，搅拌5分钟后，加入1030mL丙三醇，继续搅拌30分钟，将混合物转移至高压釜中，120180反应618小时；产物离心，离心后的沉淀用去离子水和乙醇各洗涤3次后，60真空干燥，制得纳米黑硒粉末。0019 由上述技术方案可知，本发明以二氧化硒为主要原料，水和丙三醇为溶剂，采用溶剂热法制备了具有过。
16、氧化物酶模拟活性的纳米黑硒。0020 与天然酶相比，本发明的优点在于：0021 (1)纳米黑硒过氧化物模拟酶的制备方法简单，反应产物容易分离提纯，所用反应仪器和试剂价格低廉，克服了天然酶难提纯、价格昂贵的缺点。0022 (2)纳米黑硒过氧化物模拟酶性质稳定，能在3.06.0的较宽pH范围内，保持模拟酶活性，催化TMB与H2O2的显色反应，克服了天然酶在pH低于4.0时即失活的缺点。0023 (3)纳米黑硒过氧化物模拟酶能在2.24.2的较宽pH范围内催化水溶性导电聚合物的合成，且在pH2.2时催化活性最强，克服了天然酶催化合成水溶性导电聚合物的工艺中，天然酶易失活、易变性、仅能在4.04.65。
17、的较窄pH范围内催化水溶性导电高分子聚合的缺点。0024 (4)本发明所述的纳米黑硒过氧化物模拟酶可用于易导致酶变性的工作环境，并在水溶性导电聚合物的绿色合成领域中有很好的应用前景。附图说明0025 图1：纳米黑硒的XRD图谱。0026 图2：纳米黑硒的SEM照片。0027 图3：pH1.09.0条件下TMB-H2O2混合溶液的紫外-可见光吸收图谱。0028 图4：纳米黑硒过氧化物酶催化合成的水溶性导电聚合物的照片和紫外-可见吸收光谱。具体实施方式0029 实施例10030 1、纳米黑硒过氧化物模拟酶的制备：0031 步骤：0032 称量0.222g二氧化硒(SeO2)，室温下溶解于5mL去离。
18、子水中，加入0.8mL质量浓度为98的浓硫酸，搅拌5分钟后，加入30mL丙三醇，继续搅拌30分钟，将混合物转移至高说 明 书CN 104437560 A4/5页6压釜中，180反应6小时，产物离心，离心沉淀用去离子水和乙醇各洗涤3次后，60真空干燥，制得纳米黑硒粉末。0033 结果：0034 由附图1可见，制备得到的产物为纯度很高的硒单质。0035 由附图2可见，制备得到的黑硒为球形颗粒，尺寸在500nm10m之间。0036 2、纳米黑硒过氧化物酶模拟活性的测试：0037 步骤：0038 取10mg纳米黑硒，分散于10mL超纯水中，获得质量浓度为1mg/mL的纳米黑硒的水分散液。0039 准确。
19、量取500L摩尔浓度为1mM的TMB水溶液和100L摩尔浓度为1M的H2O2水溶液，再加入1.8mL柠檬酸钠-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH由1.0变化至9.0)，在200800nm波长范围内记录TMB-H2O2混合溶液的紫外-可见吸收光谱。0040 准确量取100L上述质量浓度为1mg/mL的纳米黑硒的水分散液，加入TMB-H2O2混合溶液中，观察混合溶液的颜色变化，当发现颜色几乎不变时，记录混合溶液的紫外-可见吸收光谱。0041 结果：0042 由附图3可见，在pH3.06.0之间，添加纳米黑硒后，TMB-H2O2混合溶液在653nm处均出现了明显的吸收峰，说明纳米黑硒在3.06.0的pH范围内。
20、，均具有良好的过氧化物酶模拟活性。0043 3、纳米黑硒过氧化物模拟酶催化水溶性导电聚苯胺PANI的合成：0044 步骤：0045 称取0.093克吡咯单体和0.067克聚苯乙烯磺酸钠，加入到20毫升pH2.2的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，冰浴下搅拌4小时。0046 加入5毫克实施例1所制备的纳米黑硒过氧化物模拟酶，40水浴反应，令苯胺单体在纳米黑硒的催化下发生聚合。0047 聚合反应12小时后结束反应，将反应体系在3000转/分钟的转速下离心10分钟，以去除纳米黑硒催化剂。0048 上层离心液转入截留分子量为3500KDa的透析袋中，于pH5的盐酸溶液中透析24小时，去除未反应的单体和分子。
21、量较小的低聚物，得到最终产物水溶性聚苯胺。0049 4、纳米黑硒过氧化物模拟酶催化水溶性导电聚吡咯PPy的合成：0050 步骤：0051 称取0.029克吡咯单体和0.089克聚苯乙烯磺酸钠，加入到20毫升pH2.2的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，冰浴下搅拌4小时。0052 加入10毫克实施例1所制备的纳米黑硒过氧化物模拟酶，60水浴反应，令吡咯单体在纳米黑硒的催化下发生聚合。0053 聚合反应12小时后结束反应，将反应体系在3000转/分钟的转速下离心10分钟，以去除纳米黑硒催化剂。0054 上层离心液转入截留分子量为3500KDa的透析袋中，于pH5的盐酸溶液中透析24小时，去除未反应的单。
22、体和分子量较小的低聚物，得到最终产物水溶性聚吡咯。说 明 书CN 104437560 A5/5页70055 5、纳米黑硒过氧化物模拟酶催化水溶性导电聚3,4-乙撑二氧噻吩PEDOT的合成：0056 步骤：0057 称取0.282克3,4-乙撑二氧噻吩单体和0.464克D-樟脑-10-磺酸，加入到20毫升pH3.2的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，冰浴下搅拌4小时。0058 加入20毫克实施例1所制备的纳米黑硒过氧化物模拟酶，60水浴反应，令噻吩单体在纳米黑硒的催化下发生聚合。0059 聚合反应12小时后结束反应，将反应体系在3000转/分钟的转速下离心10分钟，以去除纳米黑硒催化剂。0060 上。
23、层离心液转入截留分子量为3500KDa的透析袋中，于pH5的盐酸溶液中透析24小时，去除未反应的单体和分子量较小的低聚物，得到最终产物水溶性聚3,4-乙撑二氧噻吩。结果：0061 由附图4A可见，纳米黑硒催化合成的3种导电聚合物均能够溶解在水中，形成均匀的水溶液，由附图4B可见，它们的紫外-可见吸收光谱分别符合聚苯胺、聚吡咯、聚3,4-乙撑二氧噻吩的特点。0062 实施例20063 称量0.111g二氧化硒(SeO2)，室温下溶解于5mL去离子水中，加入0.4mL质量浓度为98的浓硫酸，搅拌5分钟后，加入30mL丙三醇，继续搅拌30分钟，将混合物转移至高压釜中，120反应10小时，产物离心，离。
24、心沉淀用去离子水和乙醇各洗涤3次后，60真空干燥，制得纳米黑硒粉末。0064 实施例30065 称量0.022g二氧化硒(SeO2)，室温下溶解于7.5mL去离子水中，加入0.08mL质量浓度为98的浓硫酸，搅拌5分钟后，加入30mL丙三醇，继续搅拌30分钟，将混合物转移至高压釜中，150反应8小时，产物离心，离心沉淀用去离子水和乙醇各洗涤3次后，60真空干燥，制得纳米黑硒粉末。0066 实施例40067 称量0.35g二氧化硒(SeO2)，室温下溶解于8mL去离子水中，加入1.3mL质量浓度为98的浓硫酸，搅拌5分钟后，加入32mL丙三醇，继续搅拌30分钟，将混合物转移至高压釜中，160反应15小时，产物离心，离心沉淀用去离子水和乙醇各洗涤3次后，60真空干燥，制得纳米黑硒粉末。0068 实施例50069 称量0.44g二氧化硒(SeO2)，室温下溶解于20mL去离子水中，加入1.6mL质量浓度为98的浓硫酸，搅拌5分钟后，加入20mL丙三醇，继续搅拌30分钟，将混合物转移至高压釜中，140反应18小时，产物离心，离心沉淀用去离子水和乙醇各洗涤3次后，60真空干燥，制得纳米黑硒粉末。说 明 书CN 104437560 A1/2页8图1图2说 明 书 附 图CN 104437560 A2/2页9图3图4说 明 书 附 图CN 104437560 A。