醇/水混合溶劑對CeO2/CDP-Star體系化學發光的影響

姜春雪，付文升，胡連哲，李 榮

(重慶師范大學化學學院，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，在生物體內發揮著重要的作用，但天然酶在使用中存在許多的局限性，如成本高、穩定性差等。2007年，我國科學家發現無機納米材料Fe3O4在納米尺度呈現出類似天然酶的生物活性, 其催化效率亦與天然酶相似。據此，我國科學家首次提出了“納米酶”的概念[1]。納米酶是一類既有納米材料理化特性, 又蘊含酶學催化功能的新一代人工模擬酶。與天然酶相比，其具有結構多樣化、活性可調、比表面積大、制備簡單、成本低和穩定性高(耐酸堿和高溫)等特點，因此使得納米酶在化學傳感、生物傳感、醫學診斷和環境保護等領域有著廣闊的應用前景[2]。

近年來，納米二氧化鈰由于具有優異的催化活性而在納米酶領域引起了廣泛關注[3]。最近，已有文獻證明納米二氧化鈰具有對化學發光底物CDP-Star的類磷酸酶活性[4]。CDP-Star是一種商業上使用的化學發光堿性磷酸酶底物，其本身沒有化學發光性質，但是通過納米二氧化鈰對其去磷酸化后，反應產物表現出很強的化學發光。化學發光是由于化學反應引起的一種發光現象，其作為一種強大的分析技術，具有靈敏度高、選擇型好、線性范圍寬、設備簡單等優點，已廣泛應用于酶聯免疫分析、生物成像、DNA探針等領域[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體系的化學發光影響，結果表明，使用醇/水的混合溶劑可以明顯的增強該體系的化學發光。其對化學發光強度的影響，和所用醇的極性具有一定的關系。隨著醇類極性的減小，其對該體系化學發光增強的倍數降低，當使用40%乙醇/水混合溶劑時，化學發光強度增大的倍數最大，約為純水溶劑的10倍。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

化學發光強度分析儀：MPA-A/B型多功能化學發光檢測器。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，成都科隆化學品有限公司；甲醇，成都科隆化學品有限公司；乙醇，成都科隆化學品有限公司；正丙醇，上海麥克林生化科技有限公司；異丙醇，成都科隆化學品有限公司；正丁醇，成都科隆化學品有限公司；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去；混合后，在室溫下連續攪拌24 h，離心后用水洗3次，再分散至蒸餾水中。

1.2.2 化學發光強度測量

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。用移液槍準確移取 700 μL 于小燒杯中進行化學發光強度的測定。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，對合成的材料進行形貌表征，結果如圖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行測試，并將實驗所得的衍射峰和二氧化鈰的標準卡片衍射峰進行分析比對，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體系化學發光的影響

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發光強度。通過實驗發現，相對于純水溶劑，每一種醇/水混合溶劑都可以增強其化學發光強度。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的發光強度增強效果降低。

表1 不同醇對CeO2/CDP-Star體系化學發光的影響

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體系化學發光強度隨掃描時間的變化；右圖為相對應的點狀圖。右圖中的化學發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體系化學發光強度增大的效果最為顯著，其數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體系的化學發光強度隨時間的變化(左圖)和相對應的點狀圖(右圖)(化學發光強度為600 s時的發光強度)

3 結語

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的去磷酸化而進行化學發光的檢測。通常該體系的化學發光是在純水溶劑中進行，本文通過添加不同醇類溶劑，發現其化學發光強度均有不同的增強，且隨著醇類溶劑極性的減小，化學發光強度增大的倍數也不斷地減小。乙醇/水的混合溶劑使得化學發光增強的效果最為明顯，與不加乙醇時相比，其化學發光強度提高了約10倍。研究表明，水/醇混合溶劑中的CeO2/CDP-Star體系的化學發光具有更強的發光強度，因此具有更好的應用前景。