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        醇/水混合溶劑對CeO2/CDP-Star體系化學(xué)發(fā)光的影響

        2022-01-17 08:31:34姜春雪付文升胡連哲
        云南化工 2021年12期
        關(guān)鍵詞:二氧化科隆化學(xué)發(fā)光

        姜春雪,付文升,胡連哲,李 榮

        (重慶師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院,重慶 401331)

        天然酶是一類具有高效選擇性和催化活性的生物大分子,在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用,但天然酶在使用中存在許多的局限性,如成本高、穩(wěn)定性差等。2007年,我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)無機納米材料Fe3O4在納米尺度呈現(xiàn)出類似天然酶的生物活性, 其催化效率亦與天然酶相似。據(jù)此,我國科學(xué)家首次提出了“納米酶”的概念[1]。納米酶是一類既有納米材料理化特性, 又蘊含酶學(xué)催化功能的新一代人工模擬酶。與天然酶相比,其具有結(jié)構(gòu)多樣化、活性可調(diào)、比表面積大、制備簡單、成本低和穩(wěn)定性高(耐酸堿和高溫)等特點,因此使得納米酶在化學(xué)傳感、生物傳感、醫(yī)學(xué)診斷和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。

        近年來,納米二氧化鈰由于具有優(yōu)異的催化活性而在納米酶領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注[3]。最近,已有文獻(xiàn)證明納米二氧化鈰具有對化學(xué)發(fā)光底物CDP-Star的類磷酸酶活性[4]。CDP-Star是一種商業(yè)上使用的化學(xué)發(fā)光堿性磷酸酶底物,其本身沒有化學(xué)發(fā)光性質(zhì),但是通過納米二氧化鈰對其去磷酸化后,反應(yīng)產(chǎn)物表現(xiàn)出很強的化學(xué)發(fā)光?;瘜W(xué)發(fā)光是由于化學(xué)反應(yīng)引起的一種發(fā)光現(xiàn)象,其作為一種強大的分析技術(shù),具有靈敏度高、選擇型好、線性范圍寬、設(shè)備簡單等優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于酶聯(lián)免疫分析、生物成像、DNA探針等領(lǐng)域[5]。本文選取幾種常見的醇,探究每種醇和水的混合溶劑對CeO2/CDP-Star體系的化學(xué)發(fā)光影響,結(jié)果表明,使用醇/水的混合溶劑可以明顯的增強該體系的化學(xué)發(fā)光。其對化學(xué)發(fā)光強度的影響,和所用醇的極性具有一定的關(guān)系。隨著醇類極性的減小,其對該體系化學(xué)發(fā)光增強的倍數(shù)降低,當(dāng)使用40%乙醇/水混合溶劑時,化學(xué)發(fā)光強度增大的倍數(shù)最大,約為純水溶劑的10倍。

        1 實驗部分

        1.1 主要儀器和試劑

        化學(xué)發(fā)光強度分析儀:MPA-A/B型多功能化學(xué)發(fā)光檢測器。分析天平:XJ220A SCS。超純水機:BLH2-30L-AD。磁力攪拌器:CJJ-931六聯(lián)磁力攪拌器。離心機:H3-20K臺式高速離心機。X-射線粉末衍射:Lab XRD-6100多功能X射線衍射儀。透射電子顯微鏡:FEI talos F200X。

        硝酸鈰,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;氨水,成都科隆化學(xué)品有限公司;甲醇,成都科隆化學(xué)品有限公司;乙醇,成都科隆化學(xué)品有限公司;正丙醇,上海麥克林生化科技有限公司;異丙醇,成都科隆化學(xué)品有限公司;正丁醇,成都科隆化學(xué)品有限公司;異丁醇,上海麥克林生化科技有限公司;仲丁醇,上海麥克林生化科技有限公司;叔丁醇,成都科隆化學(xué)品有限公司;CDP-Star,羅氏試劑公司。

        1.2 實驗方法

        1.2.1 納米二氧化鈰的制備

        準(zhǔn)確稱取0.54 g硝酸鈰,溶于1.25 mL H2O中,然后邊攪拌邊將7.5 mL的氨水一滴一滴的滴加進(jìn)去;混合后,在室溫下連續(xù)攪拌24 h,離心后用水洗3次,再分散至蒸餾水中。

        1.2.2 化學(xué)發(fā)光強度測量

        取不同體積pH=8.5的HEPES緩沖溶液于離心管中,分別加入不同比例的醇,然后加入 50μL 的CeO2納米粒子(2 mg/mL)、100 μL CDP-Star(250 μmol/L),最終使得總體積為 1000 μL。用移液槍準(zhǔn)確移取 700 μL 于小燒杯中進(jìn)行化學(xué)發(fā)光強度的測定。例如,40 %乙醇/水混合溶劑指1000 μL體系中有400 μL乙醇,600 μL的水溶液。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 納米二氧化鈰的表征

        利用透射電子顯微鏡,對合成的材料進(jìn)行形貌表征,結(jié)果如圖1所示。單個的二氧化鈰納米顆粒直徑5~10 nm,但是在透射電鏡圖中,二氧化鈰納米粒子有所聚集,這可能是由于二氧化鈰納米粒子的溶解性較差導(dǎo)致的。

        圖1 二氧化鈰的透射電鏡圖

        此外,利用X-射線粉末衍射儀(XRD),在10°~80°對合成的納米二氧化鈰的物相進(jìn)行測試,并將實驗所得的衍射峰和二氧化鈰的標(biāo)準(zhǔn)卡片衍射峰進(jìn)行分析比對,如圖2所示。由圖2可知,其衍射峰基本吻合,說明晶格點陣參數(shù)一致,表明成功合成了二氧化鈰納米粒子。

        圖2 二氧化鈰的XRD圖

        2.2 不同種類醇對CeO2/CDP-Star體系化學(xué)發(fā)光的影響

        通過選取幾種實驗室常見的醇:甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇、異丁醇、叔丁醇等進(jìn)行實驗探究。如表1所示,測定了不同比例醇/水混合溶劑中該體系的化學(xué)發(fā)光強度。通過實驗發(fā)現(xiàn),相對于純水溶劑,每一種醇/水混合溶劑都可以增強其化學(xué)發(fā)光強度。乙醇對其增強效果最為明顯,約為10倍;其次為甲醇,也有較好的增強效果;而丁醇類,如正丁醇、異丁醇增強的效果都不夠明顯,只有約2~3倍。研究表明,隨著醇的極性逐漸減小(極性順序:甲醇、乙醇>異丙醇>正丙醇>叔丁醇>正丁醇>異丁醇>仲丁醇),其增大的倍數(shù)逐漸降低[6-7]。這可能是由于隨著醇的極性降低,與水的互溶性降低,使得二氧化鈰對底物CDP-Star的發(fā)光強度增強效果降低。

        表1 不同醇對CeO2/CDP-Star體系化學(xué)發(fā)光的影響

        如圖3所示,左圖為不同比例的乙醇/水混合溶劑條件下,CeO2/CDP-Star體系化學(xué)發(fā)光強度隨掃描時間的變化;右圖為相對應(yīng)的點狀圖。右圖中的化學(xué)發(fā)光強度為左圖掃描時間為 600 s 時的強度。在40%的乙醇/水的混合溶劑中,CeO2/CDP-Star體系化學(xué)發(fā)光強度增大的效果最為顯著,其數(shù)值約為不加乙醇時的10倍。

        圖3 不同比例乙醇和水混合溶劑對CeO2/CDP-Star體系的化學(xué)發(fā)光強度隨時間的變化(左圖)和相對應(yīng)的點狀圖(右圖)(化學(xué)發(fā)光強度為600 s時的發(fā)光強度)

        3 結(jié)語

        納米二氧化鈰具有類堿性磷酸酶的活性,可以通過催化底物CDP-Star的去磷酸化而進(jìn)行化學(xué)發(fā)光的檢測。通常該體系的化學(xué)發(fā)光是在純水溶劑中進(jìn)行,本文通過添加不同醇類溶劑,發(fā)現(xiàn)其化學(xué)發(fā)光強度均有不同的增強,且隨著醇類溶劑極性的減小,化學(xué)發(fā)光強度增大的倍數(shù)也不斷地減小。乙醇/水的混合溶劑使得化學(xué)發(fā)光增強的效果最為明顯,與不加乙醇時相比,其化學(xué)發(fā)光強度提高了約10倍。研究表明,水/醇混合溶劑中的CeO2/CDP-Star體系的化學(xué)發(fā)光具有更強的發(fā)光強度,因此具有更好的應(yīng)用前景。

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