基于對鉑納米粒子過氧化物模擬酶活性的抑制檢測碘離子

路麗霞 王洋+藺曉曉+李欣瑤+辛夢娜

摘要合成了檸檬酸鈉保護的鉑納米粒子（PtNPs），其具有類過氧化物酶活性，可催化四甲基聯苯胺（TMB）和過氧化氫的反應，產生有色產物；而碘離子（I

Symbolm@@ ）對鉑納米粒子的催化活性具有明顯的抑制作用，一定范圍內隨著I

Symbolm@@ 濃度的增加，抑制作用逐漸增強，基于此構建了一種簡單、快速測定I

Symbolm@@ 的比色傳感方法。I

Symbolm@@ 的肉眼識別可在幾秒內完成，定量檢測可在10 min之內完成。此方法靈敏度高，檢出限為8 nmol/L，檢測范圍較寬，為20～5000 nmol/L。相對于以納米粒子的聚沉分散為基礎的比色法，此方法不需要納米粒子的表面修飾，沒有復雜的有機合成過程，操作簡便、成本低。將此方法成功用于實際食鹽樣品和水樣中I

Symbolm@@ 的檢測，效果良好。

關鍵詞鉑納米粒子；過氧化物模擬酶活性；碘離子；催化活性

1引 言

作為人體必需的微量元素，碘在多種生化反應中起關鍵作用，如神經活動和甲狀腺功能[1]。體內碘缺乏導致的諸如呆小癥和地方性甲狀腺腫等疾病是許多發(fā)展中國家普遍存在的公共衛(wèi)生問題[2]。因此，大多數國家都采用了碘的補充和監(jiān)測項目。然而，碘過量攝入也會對甲狀腺造成不良影響[3]。

目前，多種分析技術已被報道用于碘離子（I

Symbolm@@ ）的檢測，包括毛細管電泳[4]、液液微萃取[5]、電化學法[6]及離子色譜法[7]等。然而這些方法通常需要昂貴的儀器和專業(yè)的操作人員，且檢測時間長，難以滿足實際監(jiān)管中快速、高效、低成本的檢測要求[8]。近年來，納米材料的發(fā)展為離子檢測提供了新的傳感平臺，尤其是以金納米粒子為探針的比色法由于操作方便、直觀可視而備受青睞[9～12]。但這種方法通常檢測范圍窄或靈敏度不夠高，并且需要對金納米粒子的表面進行特殊的修飾[13～16]。如Lee等利用Cu2+催化的點擊化學反應制備了三唑乙酰胺修飾的金納米粒子用于比色法檢測I

Symbolm@@ [17]，修飾過程復雜且檢測范圍窄。因此，發(fā)展簡單、靈敏的比色傳感體系用于檢測I

Symbolm@@ 檢測具有重要的應用價值。

自2007年，Gao等[18]發(fā)現Fe3O4納米粒子具有過氧化物模擬酶活性以來，納米材料過氧化物模擬酶在催化領域的研究不斷深入，各種無機納米材料包括金納米簇、石墨烯、硅量子點、納米氧化銅等均被發(fā)現具有模擬酶活性[19～22]，與天然酶相比，納米模擬酶具有制備、純化和儲存容易，且價格低廉等優(yōu)點， 使用條件要求不嚴格且穩(wěn)定性好[23]。近幾年，納米材料過氧化物模擬酶被廣泛用于金屬離子及小分子檢測[24～27]。如Zhang等[25]利用Hg2+對rGO/PEI/Pd納米復合材料過氧化酶活性的增強作用，實現了超靈敏檢測Hg2+；Zheng等[27]利用石墨烯量子點的過氧化物酶活性檢測過氧化氫及谷胱甘肽等。然而，納米模擬酶用于陰離子檢測的報道很少[20， 28]。Ray的研究組[20]報道了溴化石墨烯用于S2

Symbolm@@ 的檢測。目前為止，還未見利用納米粒子的類過氧化物酶活性檢測I

Symbolm@@ 的報道。

鉑納米材料一直被作為優(yōu)良的催化劑使用，鉑納米粒子具有類過氧化物酶活性，可催化H2O2和TMB的反應，引起體系從無色變成藍色[29]。而I

Symbolm@@ 可抑制其催化活性，使溶液顏色變淺，基于此建立了I

Symbolm@@ 的比色傳感體系，用于I

Symbolm@@ 的檢測快速、操作簡單、成本低，并成功用于食鹽樣品和自來水中I

Symbolm@@ 的檢測，在食品安全監(jiān)管等領域具有良好的應用前景。

2實驗部分

21儀器與試劑

Nano Drop 2000c超微量紫外可見吸收光譜（美國Thermo公司）。六水合氯鉑酸和過氧化氫（H2O2）購于北京國藥集團；四甲基聯苯胺（TMB，上海黃永生物科技有限公司）；其它試劑均為國產分析純試劑。實驗用水由MilliQ純水系統（美國Millipore公司）制備的超純水（182 MΩ·cm）。實驗環(huán)境溫度為20℃。TMB儲備液（5 mmol/L）以乙醇為溶劑配制。

22鉑納米粒子的合成[30]

取100 mL 1 mmol/L氯鉑酸溶液，在劇烈攪拌下加熱使其沸騰。之后迅速加入10 mL 388 mmol/L檸檬酸鈉溶液，繼續(xù)加熱攪拌保持沸騰30 min，溶液變成黑色，停止加熱，繼續(xù)攪拌10 min，冷卻至室溫得鉑納米粒子，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

23碘離子的檢測

向200 μL乙酸乙酸鈉緩沖溶液（50 mmol/L、pH 44）中加入5 μL 鉑納米粒子、100 μL 50 mmol/L H2O2以及不同濃度的I

Symbolm@@ 和200 μL 5 mmol/L TMB溶液，補水至總體積為1 mL，混合后靜置反應2 min，用紫外可見分光光度計測定吸收曲線以及650 nm處吸光度。

24實際樣品中碘離子的檢測

稱量141 g市售加碘食鹽，加入約30 mL水、1 mL HCl （01 mol/L）和04 mL 30% H2O2，混合均勻，反應10 min后將混合物煮沸去除多余的H2O2[31]。冷卻后，取10 mL，用水定容至100 mL，備用。按23節(jié)方法加入食鹽樣品后，測定體系的吸光度值，計算碘濃度。自來水可直接測定其中的I

Symbolm@@ 濃度。

3結果與討論

31檢測原理

檢測原理如圖1所示。檸檬酸保護的鉑納米粒子具有類過氧化物酶活性，可催化TMB與H2O2的顯色反應，使溶液呈藍色。向體系中加入Iendprint

Symbolm@@ 后，可明顯抑制顯色反應的進行，導致溶液顏色變淺?；诖私⒘薎

Symbolm@@ 的識別體系，通過測量體系紫外可見吸收光譜的變化定量測定I

Symbolm@@ 的濃度。

從TEM照片（圖2）可見，合成的鉑納米粒子的粒徑約為（25±05） nm。為了驗證所設計的檢測方案，測定了體系的紫外可見吸收光譜。如圖3所示，TMBH2O2體系紫外吸收很弱，但加入鉑納米粒子后，在650 nm處的吸收峰明顯增大，此吸收峰為TMB氧化產物的吸收峰[29]，說明鉑納米粒子對TMB和H2O2的反應有明顯的催化作用，表現出過氧化物模擬酶的性質。加入05 μmol/L I

Symbolm@@ 后，650 nm處的吸收峰強度明顯減小，表現出對過氧化物模擬酶活性的抑制作用；加入2 μmol/L I

Symbolm@@ ，吸收峰強度進一步減弱，說明不同濃度的I

Symbolm@@ 對鉑納米粒子過氧化物酶活性的抑制程度不同，因此可對其進行定量檢測。

酸性條件下，H2O2可與I

Symbolm@@ 發(fā)生氧化還原反應，也可能抑制顯色反應。因此，考察了反應物的添加順序對實驗結果的影響，如圖4b、4c及4d所示，反應物的不同添加順序對實驗結果基本無影響。因H2O2與I

Symbolm@@ 間氧化還原反應的進行需要較長的時間[32]，而在本實驗中I

Symbolm@@ 的識別在幾秒鐘就可以完成，且各試劑的添加順序對實驗結果無影響，說明溶液顏色變淺不是I

Symbolm@@ 與H2O2發(fā)生反應導致的。而納米粒子的性質與其表面狀態(tài)密切相關，檸檬酸根作為保護劑松散地結合在鉑納米粒子表面，很容易被置換下來。因此推測可能因為I

Symbolm@@ 置換出鉑納米粒子表面的檸檬酸根，導致其表面狀態(tài)發(fā)生變化，從而抑制了鉑納米粒子的催化作用[33]。

Symbolm@@ +TMB+H2O2， （d） PtNPs+20 μmol/L I

Symbolm@@ +TMB+H2O2

32pH值的影響

溶液的pH值可能對納米材料的過氧化物酶活性產生很大影響，進而影響其與目標物間的相互作用[20]。本研究表明PtNPs的催化活性與溶液的pH值密切相關，pH值可能影響I

Symbolm@@ 的檢測?？疾炝司彌_液的pH值對檢測的影響。TMB與過氧化氫的顯色反應一般在酸性條件下進行，因此選擇醋酸緩沖液進行考察，發(fā)現CH3COO

Symbolm@@ 對鉑納米粒子的催化作用基本無影響。測定了加入I

Symbolm@@ 前后溶液的吸光度，兩者相差越大說明檢測的靈敏度越高，實驗結果如圖5所示。在pH=44時，加入I

Symbolm@@ 引起的吸光度差值△A650最大。因此選擇本實驗的最佳pH=44。

Symbolm@@ ， 1 mmol/L TMB （a） PtNPs+TMB+H2O2， （b） PtNPs+I

Symbolm@@ +TMB+H2O2， （c） PtNPs+I

Symbolm@@ +H2O2+TMB； （d） PtNPs+ H2O2+I

Symbolm@@ +TMB

33方法的分析性能

在最佳實驗條件下，測定了不同濃度I

Symbolm@@ 存在時，溶液的吸光度曲線（圖6）。如圖6A所示，隨著I

Symbolm@@ 濃度增大，溶液顏色溶液由藍色逐漸變淺，最終變?yōu)闊o色，可通過裸眼定性判斷I

Symbolm@@ 是否存在。從圖6B可見，體系在650 nm處的吸吸收值不斷減小，說明鉑納米粒子的催化活性被逐漸抑制。650 nm處的吸收值A650 對I

Symbolm@@ 濃度的標準曲線如圖6C所示，在20～5000 nmol/L濃度范圍內，隨著I

Symbolm@@ 濃度增大，A650不斷減小，I

Symbolm@@ 濃度與A650呈線性關系，y=0925-8307x（nmol/L），相關系數R2=09966，檢出限為8 nmol/L （S/N=3）。

圖6不同濃度I

Symbolm@@ 對鉑納米粒子催化作用的影響：不同I

Symbolm@@ 濃度下（A）比色照片；（B）溶液的吸收曲線；（C）標準曲線，插圖是線性關系圖

Symbolm@@ ； （B） Absorption spectra of TMBH2O2 system catalyzed by PtNPs after reacting with I

Symbolm@@ （C） Relationship between A650 and concentration of I

Symbolm@@ Inset is linear relationship between A650 and concentration of I

Symbolm@@ 5 μL PtNPs， 1 mmol/L TMB， 5 mmol/L H2O2）

將本方法與其它以納米材料為探針的比色傳感方法進行比較（表1），可見本方法對I

Symbolm@@ 的檢測范圍更寬， 檢出限相對較低，且本方法操作簡單、快速，適于常規(guī)的快速檢測和監(jiān)管。

34干擾實驗

考察了其它常見的陰、陽離子對I

Symbolm@@ 檢測的干擾，結果如圖7所示。雖然其它離子的濃度（100 μmol/L）遠高于Iendprint

Symbolm@@ （2 μmol/L），除Br

Symbolm@@ 、Pb2+、Cu2+、Ca2+對鉑納米的催化活性有輕微抑制作用，其它離子均未引起顯色反應明顯的變化，說明本方法具有較好的選擇性。

35實際樣品檢測

將此方法用于實際樣品中I

Symbolm@@ 的檢測，結果如表2所示。加碘鹽中測得I

Symbolm@@ 含量為1695 μg/g，與包裝信息上實際含量18 μg/g基本吻合。自來水中未檢測到I

Symbolm@@ ，加標回收實驗的回收率為900%～1080%。

4結 論

考察了I

Symbolm@@ 對鉑納米粒子催化作用的影響。鉑納米粒子催化TMBH2O2的反應產生有色產物，I

Symbolm@@ 可以抑制鉑納米的催化活性。在最佳實驗條件下，通過肉眼觀察溶液顏色變化便可對I

Symbolm@@ 作出定性識別，通過吸收光譜的變化可以進行I

Symbolm@@ 的定量測定。此檢測體系簡單經濟，與金納米粒子比色法相比，此方法不需要復雜的表面修飾，且檢測靈敏度更高。

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AbstractAs an important inorganic element， iodine not only plays an important role in human growth and metabolism， but also has an irreplaceable role in the chemical engineering， medicine， food and other fields Thus the detection of iodine ion is of important significance In this work， colorimetric recognition and sensing of iodine ion with high sensitivity was proposed based on target induced shielding of the peroxidaselike activity of bare platinum nanoparticles （PtNPs） This assay exhibited simplicity and costeffectiveness The recognition of iodine ion by bare PtNPs could be fulfilled in a few seconds and the assay could be accomplished within 10 min The detection range for iodine ion was 20 nmol/L-50 μmol/L and the detection limit was 8 nmol/L （S/N=3） Furthermore， the new assay system did not require surface modification of nanoparticles， nor complex organic synthesis This assay was successfully applied to detection of iodine concentration in real salt and water samples， exhibiting promising application prospects

KeywordsPlatinum nanoparticles； Peroxidase mimics； Iodine ion； Catalytic activityendprint