一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇及制备方法和应用
阅读：198发布：2023-01-31
专利汇可以提供一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇及制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于功能纳米 荧光 材料的制备和应用领域，公开了一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇及制备方法和应用。本发明通过环境友好的一步合成法制备了一种新的菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇，方法是将菠萝蛋白酶和氯铂酸混合后调节pH值，缓慢加入NaBH4至溶液由淡黄色转变为棕色后 水 浴， 透析 后制得。该材料可用于检测水样中的Fe3+含量，该检测方法，简便高效，特异性强，灵敏度高，对于含有重 金属离子 的实际样品的检测具有重要价值。该菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇还可以用于追踪其在食品、 化妆品 、医药及 治疗 领域的应用中的分布及效果。，下面是一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇及制备方法和应用专利的具体信息内容。
1.一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇，其特征是在铂纳米簇外表面包覆有菠萝蛋白酶。
2.如权利要求1所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇，其特征是所述的菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇的粒径在0.6-2.4nm之间，其荧光最大激发波长为380nm，最大发射波长为460nm。
3.如权利要求1所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇，其特征是所述菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇保留原料菠萝蛋白酶的75-82％的活性。
4.如权利要求1至3任意之一所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇的制备方法，其特征是包括如下步骤：将菠萝蛋白酶和氯铂酸以1：10-1：15摩尔比混合，涡旋器充分混匀
5min，再加入NaOH调节pH值为10-13，涡旋器再次混匀5min，缓慢加入NaBH4至溶液由淡黄色转变为棕色；将所制备的样品于45-65℃水浴6-16h后，将产物置于1000Da的透析袋中透析
12-24h，得到菠萝蛋白酶包裹铂纳米簇聚合物，将此聚合物在4℃低温避光保存。
5.如权利要求4所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇的制备方法，其特征是所述菠萝蛋白酶和氯铂酸的摩尔比为1：13。
6.如权利要求4所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇的制备方法，其特征是在
2mL的制备反应体系内，加入60μL的浓度为0.5M的NaBH4，水浴温度为60℃，水浴时间为12h，pH值为12。
7.如权利要求1所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇在Fe3+检测中的应用。
8.如权利要求7所述的菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇在水中Fe3+检测中的应用，其特征是其应用于不同环境水样中Fe3+监测，检测采用荧光比色法，步骤如下：
1)将菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇溶液和不同浓度的Fe3+离子溶液混合，在激发光波长为380nm的条件下，分别检测各混合溶液在460nm的发射光；绘制纳米簇荧光淬灭程度与不同浓度的Fe3+离子之间的标准曲线。
2)将菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇溶液和待测水样进行混合，在激发光波长为
380nm的条件下，检测溶液在460nm的发射光；将检测的此纳米簇的荧光信号淬灭强度代入上述标准曲线计算即可。
9.如权利要求8所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇在水中的Fe3+检测中的应用，其检测Fe3+离子的线性范围为5μM-1000μM，其检测限为0.30μM。
10.如权利要求1所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇用于追踪其在食品、化妆品、医药及治疗领域的应用中的分布及效果。
一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇及制备方法和应用
技术领域
背景技术
[0002] 铂纳米簇是一种由几至几十个铂原子组成的新型纳米材料，其尺寸一般不超过2nm。铂纳米簇具有良好的荧光特性，光稳定性，低毒性，生物相容性，表面易修饰等众多优势，受到研究者越来越广泛的关注。由于纳米簇所具有的优良特性，使其在重金属检测，生物成像等方面有着广泛的用途，但是荧光量子产率高，生物相容性好，并且简单易重复的铂纳米簇难以合成。
[0003] 水中含铁量过多，会造成严重危害，可引起食欲不振、呕吐、腹泻、胃肠道紊乱、大便失常。若将含铁废水直接排放，废水中存在的溶解性铁离子造成水体中的溶解氧迅速降低，排水是赤橙色且浑浊，对环境造成严重污染。现有技术中，对水环境中重金属的检测已有多种方法，主要有原子吸收光谱法，原子发射光谱法，原子荧光光谱法，络合滴定法和电感耦合等离子体质谱法以及电化学分析方法等。但是，这些方法不仅要求复杂精密的仪器，而且样品的预处理时间过长，过程复杂，耗费财力。因此需要寻求便捷，快速，花费少的检测方法。
发明内容
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇。本发明还提供了一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇的制备方法。本发明还提供了菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇的应用。本发明的菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇，是利用菠萝蛋白酶(Bromelain)作为模板进行制备的荧光铂纳米簇(Bromelain-PtNanoclusters,Bromelain-PtNCs)。菠萝蛋白酶是纯天然植物蛋白酶，本发明以它为模板采用环境友好的一步法制备了一种新的荧光铂纳米簇。该纳米簇可应用于水环境中铁的监测，其检测方法简便高效，特异性强，灵敏度高。
[0005] 本发明的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇，是在铂纳米簇外表面包覆有菠萝蛋白酶。
[0007] 所述的菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇，可保留原料菠萝蛋白酶的80％左右的活性，优选75-82％。
[0008] 本发明所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇的制备方法，包括如下步骤：将菠萝蛋白酶和氯铂酸以1：10-1：15摩尔比混合，涡旋器充分混匀5min，再加入NaOH调节pH值为10-13，涡旋器再次混匀5min，缓慢加入NaBH4至溶液由淡黄色转变为棕色；将所制备的样品于45-65℃水浴6-16h后，将产物置于1000Da的透析袋中透析12-24h，得到菠萝蛋白酶包裹铂纳米簇聚合物，将此聚合物在4℃低温避光保存。
[0009] 优选所述菠萝蛋白酶和氯铂酸的摩尔比为1：13。此比例时合成效果最佳，化学反应最完全，产率最高。
[0010] 优选在2mL的制备反应体系内，加入60μL的浓度为0.5M的NaBH4。此时产率最高，荧光效果最明显。
[0011] 优选水浴温度为60℃，此温度时菠萝蛋白酶和金属结合的效果最好。
[0012] 优选水浴时间为12h，采用此时间时化学反应最完全，产率最高。
[0013] 优选，pH值为12时，产率最高，荧光效果最明显。
[0014] 本发明所述的一种菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇在Fe3+检测中的应用。
[0015] 其可应用于不同环境水样中Fe3+监测，检测采用荧光比色法，步骤如下：
[0016] 1)将菠萝蛋白酶包裹的荧光铂纳米簇溶液和不同浓度的Fe3+离子溶液混合，在激发光波长为380nm的条件下，分别检测各混合溶液在460nm的发射光；绘制纳米簇荧光淬灭程度与不同浓度的Fe3+离子之间的标准曲线。
[0018] 本发明采用荧光比色法检测了不同金属离子对Bromelain-PtNCs的影响。检测标准体系为1mL，其中20mM金属离子50μL，Bromelain-PtNCs50μL，去离子水900μL，25℃水浴5min后，在激发光波长为380nm的条件下，检测溶液在460nm的发射光。结果表明Bromelain-PtNCs对Fe3+具有选择性和高敏感性。Fe3+的浓度与Bromelain-PtNCs的荧光猝灭程度成显著的线性关系，其相对荧光强度线性标准检测曲线为y＝14.45628+0.06067x(R2＝
0.98827)。
0.98827)。
[0019] 检测Fe3+离子的线性范围为5μM-1000μM，其检测限为0.30μM。
[0020] 本发明所用的菠萝蛋白酶(Bromelain)是从菠萝果茎、叶、皮提取出来，经精制、提纯、浓缩、冷冻干燥而得到的一种纯天然植物蛋白酶，其在食品、化妆品、医药等行业有广泛的应用，能够抑制肿瘤细胞生长，对心血管疾病的防治有良好的效果，可用于烧伤脱痂，治疗炎症，增进药物吸收等。
[0021] 本发明利用所合成物质Bromelain-PtNCs的荧光及酶活特性，还可用于追踪Bromelain-PtNCs在食品、化妆品、医药及治疗等领域在应用中的分布及效果。
[0022] 有益效果
[0023] 本发明以生物来源的菠萝蛋白酶为原料采用环境友好的一步法制备了一种新的荧光铂纳米材料，经研究发现可以利用此纳米簇的荧光特性应用于铁离子的检测，特别是3+
水中F 的检测。该检测方法具有简便高效，特异性强，灵敏度高，样品用量少，检测成本低，操作简单、快速、便捷等优点，对于含有重金属离子的检测具有重要价值。同时该材料可应用于实际水环境中铁的监测。
水中F 的检测。该检测方法具有简便高效，特异性强，灵敏度高，样品用量少，检测成本低，操作简单、快速、便捷等优点，对于含有重金属离子的检测具有重要价值。同时该材料可应用于实际水环境中铁的监测。
[0024] 另外由于本发明合成物Bromelain-PtNCs除具有新的荧光特性外，仍保留菠萝蛋白酶80％的活性，故该合成物质除菠萝蛋白酶原有的应用如食品、化妆品、医药、抑制肿瘤细胞生长、心血管疾病的防治、烧伤脱痂，治疗炎症，增进药物吸收等方面外，还可基于其荧光特性用于追踪Bromelain-PtNCs在治疗方面的位置及效果。附图说明
[0025] 以下，结合附图详细说明本发明的具体实施方式
[0026] 图1为实施例1所制的Bromelain-PtNCs的透射电镜图。
[0027] 图2为实施例1所制的Bromelain-PtNCs的粒径分布图。
[0028] 图3为实施例1所制的Bromelain-PtNCs的紫外-可见吸收光谱图。
[0029] 图4为实施例1所制的Bromelain-PtNCs的荧光光谱图，激发波长为380nm，发射波长为460nm。
[0030] 图5为实施例1所制的Bromelain-PtNCs及Bromelain的酶活检测图。
[0031] 图6为实施例1所制的Bromelain-PtNCs应用于金属离子检测图。
[0032] 图7为实施例1所制的Bromelain-PtNCs应用于检测Fe3+的荧光光谱图。
[0033] 图8为实施例1所制的Bromelain-PtNCs应用于检测Fe3+的线性关系图。
具体实施方式
[0034] 下面结合说明书附图介绍本发明的较佳实施例，举例证明本发明可以实施，通过向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本发明。
[0035] 下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0037] 下面结合实施例对本发明做详细的说明
[0038] 实施例1：Bromelain-PtNCs的制备
[0039] 取1.6mL菠萝蛋白酶(Bromelain)于EP管中，随后加入0.4mL25mM的氯铂酸，菠萝蛋白酶和氯铂酸的摩尔比为1：13，涡旋器充分混匀5min；加入1M的NaOH于上一步的溶液中，使溶液的pH值为12，涡旋器再次混匀5min，缓慢加入浓度为0.5M的NaBH460μL，溶液由淡黄色变为棕色，将EP管在避光的条件下置于60℃水浴锅中温育12h。将产物置于1000Da的透析袋中透析18h，得到铂纳米簇的聚合物(Bromelain-PtNCs)，随后4℃低温避光保存。
[0040] 实施例2
[0041] 取1.6mL菠萝蛋白酶于EP管中，随后加入0.4mL25mM的氯铂酸，菠萝蛋白酶和氯铂酸的摩尔比为1：10，涡旋器充分混匀5min；加入1M的NaOH于上一步的溶液中，使溶液的pH值为12，涡旋器再次混匀5min，缓慢加入浓度为0.5M的NaBH460μL，溶液由淡黄色变为棕色，将EP管在避光的条件下置于60℃水浴锅中温育12h。将产物置于1000Da的透析袋中透析18h，得到铂纳米簇的聚合物，随后4℃低温避光保存。
[0042] 实施例3
[0043] 取1.6mL菠萝蛋白酶于EP管中，随后加入0.4mL25mM的氯铂酸，菠萝蛋白酶和氯铂酸的摩尔比为1：15，涡旋器充分混匀5min；加入1M的NaOH于上一步的溶液中，使溶液的pH值为12，涡旋器再次混匀5min，缓慢加入浓度为0.5M的NaBH460μL，溶液由淡黄色变为棕色，将EP管在避光的条件下置于60℃水浴锅中温育12h，避光。将产物置于1000Da的透析袋中透析18h，得到铂纳米簇的聚合物，随后4℃低温避光保存。
[0044] 实施例4：Bromelain-PtNCs样品形貌表征
[0045] 取实施例1所制的Bromelain-PtNCs用去离子水稀释50倍后，取10μL滴于铜网，美国FEITecnaiG-20型透射电子显微镜(TransmissionElectron Microscope,TEM)，加速电压100kV。结果显示铂纳米簇均匀分布(图1)，直径介于0.6-2.4nm，平均粒径1.5nm(图2)，该铂纳米簇在水溶液中具有良好的分散性，没有大的铂纳米簇的团聚。
[0046] 实施例5：Bromelain、Bromelain-PtNCs紫外光谱的表征
[0047] 分别取Bromelain、实施例1所制的Bromelain-PtNCs放入比色皿中，使用紫外-可见分光光度仪UV-1700检测紫外光谱，结果表明实施例1所制的Bromelain-Pt NCs在300-400nm范围具有较宽的吸收图谱，随后急剧降低(图3)。
[0048] 实施例6：Bromelain、Bromelain-PtNCs的荧光特性
[0049] 分别取Bromelain及实施例1所制的Bromelain-PtNCs置于EP管中，采用暗箱式四用紫外分析仪，观察它们的的荧光特性，结果表明在365nm紫外灯照射下实施例1所制的Bromelain-PtNCs溶液发射出强烈的青色荧光，可见光下Bromelain-PtNCs溶液为淡黄色，而菠萝蛋白酶在可见光及紫外光下均为无色。
[0050] 实施例7：Bromelain-PtNCs荧光光谱的表征
[0051] 取实施例1所制的Bromelain-PtNCs放入比色皿中，使用RF-5301荧光分光光度计测量Bromelain-PtNCs的最大激发光谱和最大发射光谱，结果表明该物质最大激发光谱为380nm，最大发射光谱分别460nm(图4)。
[0052] 实施例8Bromelain及所制备的Bromelain-PtNCs的酶活检测
[0053] 采用紫外分光光度法对Bromelain及实施例1所制的Bromelain-PtNCs进行酶活性测定。检测标准体系为1mL：900μL的pH值为6.8的PBS缓冲液，50μL10mg/mL酪蛋白，50μL不同浓度的Bromelain或Bromelain-PtNCs，37℃温育5min，使用TU-1810紫外-可见分光光度计在275nm下检测样品的吸光值，实验独立重复3次。
[0054] 结果表明，Bromelain-PtNCs仍具有菠萝蛋白酶的活性，且随Bromelain-Pt NCs浓度的增加，酶活性增强，与单纯菠萝蛋白酶(Bromelain)比较可以看出：各浓度的Bromelain-PtNCs的酶活性均有一定程度下降，但均能够保留原酶活的80％左右(图5)。故该合成物质除菠萝蛋白酶原有的应用如食品、化妆品、医药、抑制肿瘤细胞生长、心血管疾病的防治、烧伤脱痂，治疗炎症，增进药物吸收等方面外，还可基于其荧光特性用于追踪Bromelain-PtNCs在治疗方面的位置及效果。
[0055] 实施例9：Bromelain-PtNCs的不同离子灵敏性的检测
[0056] 对实施例1反应过程中所制备的纳米簇的离子选择性实验。使用RF-5301荧光分光光度计检测不同的金属离子对Bromelain-PtNCs纳米簇的荧光强度的影响。所用的14种金3+ 2+ 3+ 4+ 3+ + 3+ + 3+ + 2+ 5+ 3+ 2+
属离子分别为Fe ，Mg ，Al ，Zr ，In ，Li，Cr ，Na，Bi ，K，Pb ，Sb ，Sb ，Ca 。
属离子分别为Fe ，Mg ，Al ，Zr ，In ，Li，Cr ，Na，Bi ，K，Pb ，Sb ，Sb ，Ca 。
[0057] 检测标准体系为1mL，其中20mM金属离子50μL，Bromelain-PtNCs50μL，去离子水900μL，25℃水浴5min后，在激发光波长为380nm的条件下，检测溶液在460nm的发射光，实验独立重复3次。结果显示仅Fe3+具有明显的荧光淬灭效应，表明实施例1所制的Bromelain-
3+
PtNCs对Fe 离子具有高度选择性(图6)。
3+
PtNCs对Fe 离子具有高度选择性(图6)。
[0058] 实施例10：实施例1所制的Bromelain-PtNCs应用于Fe3+离子的检测[0059] 使用RF-5301荧光分光光度计检测不同浓度的Fe3+离子对Bromelain-PtNCs纳米簇的荧光猝灭的影响。检测标准体系为1mL，其中不同浓度的F3+离子50μL，Bromelain-PtNCs50μL，去离子水900μL，25℃水浴5min后，在激发光波长为380nm的条件下，检测溶液在460nm的发射光，实验独立重复三次。
[0060] 所制的Bromelain-PtNCs中加入一系列不同浓度的Fe3+离子溶液，结果显示，Bromelain-PtNCs荧光淬灭程度随Fe3+离子浓度的增大而增强(图7)，其相对荧光强度线性检测曲线为y＝14.45628+0.06067x(R2＝0.98827)，所构建的检测Fe3+离子的线性范围为5μM-1000μM，其检测限为0.30μM(图8)。结果表明，实施例1所制的Bromelain-PtNCs对Fe3+离子具有高度选择性，因此本发明所制的铂纳米簇荧光探针同样可用于分析检测实际样品中Fe3+离子的含量。
[0061] 实施例11实施例1所制的Bromelain-PtNCs对实际水样的监测
[0062] 为了更好的把该方法应用于实际的检测，证实Bromelain-PtNCs作为探针检测Fe3+离子的实用性，我们采集了不同环境中的水样，分别为芜湖市镜湖水，芜湖地段的长江水，芜湖市自来水。水样5000rpm离心10min，0.22μm滤膜抽滤后备用。
[0063] (1)实际水样的检测：
[0064] 检测体系为1ml,其中50μLBromelain-PtNCs溶液，900μL去离子水，50μL待测的环境水样；将此体系于25℃水浴5min，然后在激发光波长为380nm的条件下，检测溶液在460nm的发射光；将测试结果带入实施例10绘制的标准曲线中计算。
[0065] 将芜湖市镜湖水，芜湖地段的长江水，芜湖市自来水分别按照上述方法进行检测，实验独立重复3次。三种水样的检测结果均为0μM。
[0066] (2)采用标准加入法，以检测不同浓度Fe3+对所制备的Bromelain-PtNCs的荧光淬灭效果。
[0067] 检测标准体系为1mL，50μLBromelain-PtNCs，900μL环境水样，50μL不同浓度的Fe3+离子，25℃水浴5min，在激发光波长为380nm的条件下，检测溶液在460nm的发射光，实验独立重复3次，同时对实际水样的回收率进行计算。表1是标准加入50-500μM的Fe3+离子后的结果，可以看出，回收率可以达到93.85-102.34％。表明，虽然水样中可能存在一些未知物质，Bromelain-PtNCs对不同环境水样配制的样品的检测行为仍然响应，检测灵敏度和选择性基本不受影响。
[0068] 表1 Bromelain-PtNCs对实际水样中Fe3+离子的检测
[0069]
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