一种HPDA-PBNPs及其制备方法和应用

一种hpda-pb nps及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种hpda-pb nps及其制备方法和应用。


背景技术：

2.普鲁士蓝(prussianblue，pb)是一种由三价铁离子和二价铁离子通过氰根桥联形成的金属有机骨架，由于存在独特的光热性能和类酶催化性能而受到广泛的研究。其光热性能来自于近红外光激发下，电荷通过氰根在fe
2+
和fe
3+
之间的转移；其类酶催化活性则来源于pb nps较低的氧化还原电位。但是其光热能力有限和能提供的类过氧化物酶催化位点有限限制了它在这两方面的应用。
3.聚多巴胺(polydopamine，pda)是由大脑内的一种儿茶酚胺类神经递质经聚合反应聚合而成的黑色素样聚合物，具有较高的生物安全性和相容性，已被广泛用于生物医学领域。pdanps具有一定的光热能力，自由基清除能力和对金属离子的螯合能力；其光热能力源于其具有较为高效的光子-声子转换能力；其自由基清除能力来源于其结构中邻苯二酚和亚胺等基团的还原特性，其对金属离子的螯合能力来自于邻苯二酚基团对多种金属离子的配位能力。但是其也存在光热能力有限的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种hpda-pb nps及其制备方法和应用，本发明的hpda-pb nps具有优异的光热性能和类过氧化物酶活性。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种hpda-pb nps，包括中空聚多巴胺和负载在所述中空聚多巴胺上的普鲁士蓝晶粒。
7.优选的，所述hpda-pb nps含有钴元素。
8.优选的，所述中空聚多巴胺为十二面体结构。
9.优选的，所述hpda-pb nps的粒径为360～560nm。
10.优选的，所述普鲁士蓝晶粒的负载量为10.5～11.9wt％，粒径为5～20nm。
11.本发明还提供了上述方案所述hpda-pb nps的制备方法，包括以下步骤：
12.将zif-67的甲醇分散液与盐酸多巴胺的甲醇溶液混合后进行聚合反应和分解反应，得到hpdanps；
13.将所述hpdanps分散于强酸溶液后与铁盐的强酸溶液混合后进行络合反应，得到络合反应产物；
14.将所述络合反应产物与三水合亚铁氰化钾的强酸溶液混合进行复合反应，得到所述hpda-pb nps。
15.优选的，所述聚合反应和分解反应的温度为50～60℃，时间为4～6h。
16.优选的，所述络合反应的温度为20～40℃，时间为1～4h。
17.优选的，所述zif-67为十二面体结构。
18.本发明还提供了上述方案所述hpda-pb nps或上述方案所述制备方法制备的hpda-pb nps在光热抗菌剂和谷胱的定量检测领域中的应用。
19.本发明提供了一种hpda-pb nps，包括中空聚多巴胺和负载在所述中空聚多巴胺上的普鲁士蓝晶粒。pb nps在近红外光激发下，电子在fe
2+
和fe
3+
跃迁导致产热，而pdanps在近红外光的激发下发生光子-声子转换产生热量，两者产生的光热效果产生了叠加，使得hpda-pb nps有着相比两种单独的纳米颗粒更好的光热性能；聚多巴胺的中空结构使得pb在聚多巴胺表面覆盖更大的表面积，同时pb是以晶粒的方式负载在聚多巴胺表面，使得hpda-pb nps能提供更多的催化位点，从而具有更强的类过氧化物酶活性。
20.本发明中缩写解释：
21.hpdanps:中空聚多巴胺纳米颗粒；
22.pb nps:普鲁士蓝纳米颗粒；
23.hpda-pb nps:修饰普鲁士蓝的中空聚多巴胺纳米颗粒；
24.pdanps:实心聚多巴胺纳米颗粒；
25.pda-pb nps：修饰普鲁士蓝的实心聚多巴胺纳米颗粒。
附图说明
26.图1为由实施例1～7hpda-pb nps配制的清液的紫外-可见吸收光谱；
27.图2为由实施例1～7hpda-pb nps配制的清液在652nm处吸光度强度比；
28.图3为实施例2中hpdanps的tem图；
29.图4为实施例2中hpda-pb nps的tem图；
30.图5为实施例2中hpdanps的dls测试结果；
31.图6实施例2中hpda-pb nps的dls测试结果；
32.图7为实施例2中hpdanps和hpda-pb nps的紫外可见光谱；
33.图8为实施例2中hpdanps和hpda-pb nps的傅里叶变换红外光谱；
34.图9为实施例2中hpdanps和hpda-pb nps的xrd衍射谱；
35.图10为实施例2中hpda-pb nps光热升温的浓度依赖测试结果；
36.图11为实施例2中hpda-pb nps光稳定性测试结果；
37.图12为实施例2中hpda-pb nps的光热升温-自然冷却曲线；
38.图13为实施例2中hpda-pb nps光热转换效率测试拟合结果；
39.图14为实施例2中hpda-pb nps不同ph下类过氧化物酶活性结果；
40.图15为实施例2中hpda-pb nps不同催化时间下类过氧化物酶催化结果；
41.图16为tmb浓度依赖的hpda-pb nps米氏常数的michaelismenten拟合结果；
42.图17为tmb浓度依赖的hpda-pb nps米氏常数的双倒数线性拟合结果；
43.图18为h2o2浓度依赖的hpda-pb nps米氏常数的michaelismenten拟合结果；
44.图19为h2o2浓度依赖的hpda-pb nps米氏常数的双倒数线性拟合结果；
45.图20为实施例2中hpda-pb nps在弱酸环境下催化h2o2产生
·
oh的mb测试结果；
46.图21为实施例2中hpda-pb nps在弱酸环境下催化h2o2产生
·
oh的dmpo测试结果；
47.图22为实施例2中hpda-pb nps对gsh的比色检测结果；
48.图23为实施例2中hpda-pb nps对gsh的比色检测结果计算得到的c(gsh)与δa
652nm
的拟合结果；
49.图24为实施例2中hpda-pb nps光热-酶催化联合抗s.aureus结果；
50.图25为实施例2中hpda-pb nps光热-酶催化联合抗e.coli结果；
51.图26为实施例2中的hpdanps，对比例1中pb nps和实施例1中的hpda-pb nps的光热转换效率测试结果；
52.图27为实施例2中的hpdanps，对比例1中pb nps和实施例1中的hpda-pb nps的光热转换效率测试的拟合结果；
53.图28为实施例2中的hpda-pb nps，对比例1中的pb nps和对比例1中的pda-pb nps在ph＝5.5时的类过氧化物酶活性测试结果。
具体实施方式
54.本发明提供了一种hpda-pb nps，包括中空聚多巴胺和负载在所述中空聚多巴胺上的普鲁士蓝晶粒。
55.在本发明中所述hpda-pb nps优选含有钴元素，所述中空聚多巴胺优选为十二面体结构。
56.在本发明中，所述普鲁士蓝的负载量优选为10.5～11.9wt％，更优选为11～11.5wt％，粒径优选为5～20nm，更优选为10～15nm。
57.在本发明中，所述hpda-pb nps的粒径优选为360～560nm，更优选为400～500nm，进一步优选为450～480nm。
58.pb nps在近红外光激发下，电子在fe
2+
和fe
3+
跃迁导致产热，而pdanps在近红外光的激发下分子链发生共振产生热量，两者产生的光热效果产生了叠加，使得hpda-pb nps有着相比两种单独的纳米颗粒更好的光热性能；聚多巴胺的中空结构使得pb在聚多巴胺表面覆盖更大的表面积，同时pb是以晶粒的方式负载在聚多巴胺表面，使得hpda-pb nps能提供更多的催化位点，从而具有更强的类过氧化物酶活性。
59.本发明还提供了上述技术方案所述hpda-pb nps的制备方法，包括以下步骤：
60.将zif-67的甲醇分散液与盐酸多巴胺的甲醇溶液混合后进行聚合反应和分解反应，得到hpdanps；
61.将hpdanps分散于强酸溶液后与铁盐的强酸溶液混合后进行络合反应，得到络合反应产物；
62.将所述络合反应产物与三水合亚铁氰化钾的强酸溶液混合进行复合反应，得到所述hpda-pb nps。
63.本发明将zif-67的甲醇分散液与盐酸多巴胺的甲醇溶液混合后进行聚合反应和分解反应，得到所述hpdanps。
64.在本发明中，所述zif-67优选为十二面体结构。在本发明中，所述zif-67的制备方法优选包括以下步骤：
65.将硝酸钴六水合物的甲醇溶液与2-甲基咪唑的甲醇溶液混合后进行自组装，得到所述zif-67。
66.在本发明中，所述硝酸钴六水合物与2-甲基咪唑的质量比优选为1:2.6～3，更优选为2.7～2.8。在本发明中，所述混合优选包括将硝酸钴六水合物的甲醇溶液与2-甲基咪
唑的甲醇溶液混合。在本发明中，所述硝酸钴六水合物的甲醇溶液中硝酸钴六水合物的质量与甲醇的体积900～1100g：25l，更优选为950～1000g：25l；所述2-甲基咪唑的甲醇溶液中2-甲基咪唑的质量与甲醇的体积为2700～2900g：25l，更优选为2800～2850g：25l。本发明对所述硝酸钴六水合物的甲醇溶液与2-甲基咪唑的甲醇溶液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案溶解即可。具体的，在本发明实施例中为在超声条件下进行。
67.在本发明中，所述自组装的温度优选为室温，时间优选为4～8h，更优选为5～7h；所述自组装优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为300～500rpm，更优选为400～450rpm。
68.自组装完成后，本发明优选对所得产物依次进行分离、洗涤和烘干。本发明对所述分离、洗涤和烘干没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案即可。具体的，在本发明实施例中，以9000rpm的转速离心收集产物，并用甲醇洗涤三次。
69.在本发明中，所述zif-67的甲醇分散液中的zif-67和盐酸多巴胺的甲醇溶液的盐酸多巴胺质量比优选为1：0.94～1.06，更优选为1:1～1.05。在本发明中，所述zif-67的甲醇分散液中zif-67的重量与甲醇的体积优选为6～10mg:10ml，更优选为7～8mg:10ml。本发明对所述zif-67的甲醇分散液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案即可。具体的，在本发明实施例中将zif-67超声分散于甲醇中。
70.在本发明中，所述盐酸多巴胺的甲醇溶液中盐酸多巴胺的质量与甲醇的体积优选为15～20mg：5ml，更优选为16～18mg：5ml。
71.在本发明中，所述混合优选将盐酸多巴胺的甲醇溶液加入到zif-67的甲醇分散液中。
72.在本发明中，所述聚合反应和分解反应的温度优选为50～60℃，更优选为55～58℃；时间优选为4～6h，更优选为4.5～5h。所述聚合反应和分解反应优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为700～1100rpm，更优选为800～1000rpm。
73.在聚合反应和分解反应的过程中，zif-67提供碱性环境使多巴胺在其表面聚合，同时由于zif-67的分解优于co
2+
与聚多巴胺发生的配位反应，导致co
2+
与二甲基咪唑解配位，使zif-67结构进行了分解，最终得到中空的聚多巴胺结构。也就是说，聚合反应和分解反应是同时发生的。
74.聚合反应和水解反应完成后，本发明优选将所得产物依次进行分离、洗涤，得到hpdanps。本发明对所述分离和洗涤没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案即可。具体的，在本发明实施例中在9000rpm的条件下离心10min后用甲醇洗涤至上清液无色。
75.得到hpdanps后，本发明将所述hpdanps分散于强酸溶液后与铁盐的强酸溶液混合后进行络合反应，得到络合反应产物。
76.在本发明中，所述hpdanps的质量与强酸溶液的体积优选为2～4mg：10ml，更优选为2.5～3mg：10ml。在本发明中，所述强酸溶液优选包括盐酸，所述盐酸的ph优选为2～3，更优选为2。所述盐酸优选由质量浓度为36～38％的浓盐酸稀释得到。
77.在本发明中，所述hpdanps与铁盐的强酸溶液中的铁盐的质量比优选为1～3：1，更优选为1.5～2：1。
78.在本发明中，所述铁盐的强酸溶液中铁盐的质量与强酸溶液的体积比优选为2～
8mg：10ml，更优选为4～6mg：10ml。在本发明中，所述铁盐优选为六水合氯化铁。
79.本发明中，所述络合反应的温度优选为20～40℃，更优选为25～35℃；时间优选为1～4h，更优选为2～3h。所述络合反应优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度优选为700～1200rpm，更优选为800～900rpm。络合反应过程中，fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团进行了络合。
80.得到络合反应产物后，本发明将所述络合反应产物与三水合亚铁氰化钾的强酸溶液混合进行复合反应，得到所述hpda-pb nps。
81.在本发明中，所述络合反应产物中络合物的质量与所述三水合亚铁氰化钾的强酸溶液的体积比优选为13.7～28mg：20ml，更优选为15～24mg：20ml。
82.所述三水合亚铁氰化钾的强酸溶液中三水合亚铁氰化钾的质量与强酸溶液的体积比优选为2～8mg：10ml，更优选为4～6mg：10ml。
83.在本发明中，所述混合优选包括将三水合亚铁氰化钾的强酸溶液滴加至所述络合反应产物中。所述滴加的速度优选为15～30ml/h，更优选为20～25ml/h。在本发明中，以滴加完所述三水合亚铁氰化钾的强酸溶液计，所述复合反应的温度优选为室温，时间优选为10～14h，更优选为12～13h。所述复合反应优选在搅拌的条件下进行。滴加和复合反应的过程中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶。
[0084]
复合反应后，本发明优选将所得产物进行分离和洗涤，得到所述hpda-pb nps。本发明对所述分离和洗涤没有特殊的限定采用本领域技术人员熟知的方案即可。具体的，在本发明实施例中，在9000rpm的条件下离心10min后并水洗三次。
[0085]
本发明还提供了上述方案所述hpdanps或上述方案所述制备方法制备的hpdanps在光热抗菌剂和谷胱的定量检测领域中的应用。
[0086]
所述抗菌剂优选包括hpda-pb nps和h2o2，所述hpda-pb nps的浓度优选为80μg/ml，h2o2的浓度优选为0.5～8mm。应用于所述光热抗菌剂时的光源优选为波长为808nm的激光；
[0087]
应用于谷胱甘肽定量检测使用的是比色检测：
[0088]
从谷胱甘肽的含量为0开始，将不同含量的谷胱甘肽与hpda-pb nps、tmb+h2o2混合分别进行显色反应，然后分别测定不同量的谷胱甘肽时显色反应产物在652nm处的吸光度；
[0089]
以谷胱甘肽的添加量为横坐标，以不同量谷胱甘肽显色反应底物在652nm处吸光度与不添加谷胱甘肽显色反应底物在652nm处吸光度的差值的绝对值为纵坐标进行拟合，得到拟合方程；
[0090]
将待测物质与hpda-pb nps、tmb+h2o2混合进行显色反应，然后测定所得显色反应产物在652nm处的吸光度；根据所述吸光度与不添加谷胱甘肽显色反应底物在652nm处吸光度的差值的绝对值、所述拟合方程即可得到所述待测物质中谷胱甘肽的含量。
[0091]
下面结合实施例对本发明提供的hpda-pb nps及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0092]
实施例1
[0093]
zif-67的制备
[0094]
室温下将996mg硝酸钴六水合物(co(no3)2·
6h2o)和2792mg2-甲基咪唑(c4h6n2)分
别溶于25ml甲醇，超声使其溶解后，将两者混合于圆底烧瓶中，co
3+
和2-甲基咪唑进行自组装，置于搅拌器上以400rpm的搅拌速度搅拌6h，以9000rpm的转速离心收集产物，并用甲醇洗涤三次、烘干，得到十二面体结构的zif-67。
[0095]
hpdanps的制备
[0096]
取80mg上述制备的zif-67，超声分散于100ml甲醇中，得到zif-67的甲醇分散液；
[0097]
取76mg盐酸多巴胺(dah)溶于15ml甲醇中，将dah溶液加入zif-67的甲醇分散液中，55℃水浴搅拌4h(搅拌速度为800rpm)。将反应后的体系9000rpm离心10min收集产物hpda，并用甲醇洗涤至上清液无色，复溶至超纯水中备用。
[0098]
hpda-pb nps的制备
[0099]
将12mg上述制备的hppanps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中，取4mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中在室温下搅拌1h(搅拌速度为800rpm)，使fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团充分络合，得到络合反应产物；
[0100]
室温条件下，将20ml溶有4mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液(ph＝2)以20ml/h的速度滴加至所述络合反应产物中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶，以9000rpm的速度离心10min收集产物，并水洗三次得到hpda-pb nps，复溶至超纯水中并定量。根据hppanps、六水合氯化铁和三水合亚铁氰化钾的质量比，将实施例1记为3:1:1。
[0101]
实施例2
[0102]
将12mg实施例1制备的hppanps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中，取6mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中在室温下搅拌1h(搅拌速度为800rpm)，使fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团充分络合，得到络合反应产物；
[0103]
室温条件下，将20ml溶有6mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液(ph＝2)以20ml/h的速度滴加至所述络合反应产物中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶，以9000rpm离心10min收集产物，并水洗三次得到hpda-pb nps，复溶至超纯水中并定量。得到的hpda-pb nps中普鲁士蓝晶粒的负载量为11.5wt％，粒径为5～20nm。根据hppanps、六水合氯化铁和三水合亚铁氰化钾的质量比，将实施例2记为2:1:1。
[0104]
实施例3
[0105]
将12mg实施例1制备的hppanps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中，取8mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中在室温下搅拌1h(搅拌速度为800rpm)，使fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团充分络合，得到络合反应产物；
[0106]
室温条件下，将20ml溶有8mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液(ph＝2)以20ml/h的速度滴加至所述络合反应产物中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶，以9000rpm离心10min收集产物，并水洗三次得到hpda-pb nps，复溶至超纯水中并定量。根据hppanps、六水合氯化铁和三水合亚铁氰化钾的质量比，将实施例3记为3:2:2。
[0107]
实施例4
[0108]
将12mg实施例1制备的hppanps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中，取10mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中在室温下搅拌1h(搅
拌速度为800rpm)，使fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团充分络合，得到络合反应产物；
[0109]
室温条件下，将20ml溶有10mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液(ph＝2)以20ml/h的速度滴加至所述络合反应产物中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶，以9000rpm离心10min收集产物，并水洗三次得到hpda-pb nps，复溶至超纯水中并定量。根据hppanps、六水合氯化铁和三水合亚铁氰化钾的质量比，将实施例4记为6:5:5。
[0110]
实施例5
[0111]
将12mg实施例1制备的hppanps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中，取12mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中在室温下搅拌1h(搅拌速度为800rpm)，使fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团充分络合，得到络合反应产物；
[0112]
室温条件下，将20ml溶有12mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液(ph＝2)以20ml/h的速度滴加至所述络合反应产物中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶，以9000rpm离心10min收集产物，并水洗三次得到hpda-pb nps，复溶至超纯水中并定量。根据hppanps、六水合氯化铁和三水合亚铁氰化钾的质量比，将实施例5记为1:1:1。
[0113]
实施例6
[0114]
将12mg实施例1制备的hppanps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中，取14mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中在室温下搅拌1h(搅拌速度为800rpm)，使fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团充分络合，得到络合反应产物；
[0115]
室温条件下，将20ml溶有14mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液(ph＝2)以20ml/h的速度滴加至所述络合反应产物中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶，以9000rpm离心10min收集产物，并水洗三次得到hpda-pb nps，复溶至超纯水中并定量。根据hppanps、六水合氯化铁和三水合亚铁氰化钾的质量比，将实施例6记为6:7:7。
[0116]
实施例7
[0117]
将12mg实施例1制备的hppanps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中，取16mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中在室温下搅拌1h(搅拌速度为800rpm)，使fe
3+
与hpda表面的邻苯二酚基团充分络合，得到络合反应产物；
[0118]
室温条件下，将20ml溶有16mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液(ph＝2)以20ml/h的速度滴加至所述络合反应产物中，fe
3+
与[fe(cn)6]
4-在hpda表面反应生成pb晶体结构，滴加完成后继续搅拌12h，使pb充分在hpda表面结晶，以9000rpm离心10min收集产物，并水洗三次得到hpda-pb nps，复溶至超纯水中并定量。根据hppanps、六水合氯化铁和三水合亚铁氰化钾的质量比，将实施例7记为3:4:4。
[0119]
分别对实施例1～7中制备的hpda-pb nps在ph＝5.5时的类过氧化物酶催化活性进行了测试，配制七组溶有不同pb负载量hpda-pb nps，tmb和h2o2的pbs缓冲液(ph＝5.5)，使得分散液中三者的最终浓度为c(tmb)＝0.16mm，c(h2o2)＝0.33mm，c(hpda-pb nps)＝5μg/ml。然后分别置于37℃摇床中振荡孵育30min，接着9000rpm离心10min收集上清液，在400～800nm范围检测各组上清液的紫外-可见吸收光谱，结果如图1所示。由图1可知，各组上清液的紫外-可见吸收光谱显示不同pb负载量hpda-pb nps均能催化tmb和h2o2反应在652nm处
出现吸收峰，以质量比为2：1：1制备的hpda-pb nps的催化体系有最高的吸收强度。七组催化体系在652nm处吸光度强度比为0.36：0.59：0.57：0.52：0.51：0.40：0.44，如图2所示。由图2可知，以质量比为2：1：1制备的hpda-pb nps的催化体系有最高的吸收强度，表明以该比例制备的hpda-pb nps有最强的类过氧化物酶催化活性，因此以质量比为2：1：1制备的hpda-pb nps进行后续的测试。
[0120]
分别对实施例2制备得到hpdanps和hpda-pb nps进行tem分析，结果如图3～4所示。由图3～4可知，hpdanps呈中空十二面体结构，粒径为300～350nm；hpda-pb nps维持了原有的结构形状，在其表面出现了由细小晶粒形成的包覆物，粒径增大至360～420nm。
[0121]
分别对实施例2制备得到hpdanps和hpda-pb nps进行动态光散射测试，结果如图5～6所示。由图5～6可知，hpdanps的平均粒径为452nm，hpda-pb nps的平均粒径为560nm。
[0122]
两者的动态光散射测试结果相较tem的得到的粒径均偏大，推测是由于两种材料的轻微粘结所致。
[0123]
分别对实施例2制备得到hpdanps和hpda-pb nps进行紫外可见光谱测试，结果如图7所示。由图7可知，较于hpdanps，hpda-pb nps在600～900nm范围内出现了标志性的pb吸收峰，其在近红外光区的光吸收是明显强于hpdanps的。
[0124]
分别对实施例2制备得到hpdanps和hpda-pb nps进行傅里叶变换红外光谱测试，结果如图8所示。由图8可知，hpdanps在1616cm-1
和1510cm-1
处分别出现了c＝c伸缩振动吸收峰和n-h弯曲振动吸收峰，均归属于聚多巴胺结构；hpda-pb nps相较于hpdanps，在2067cm-1
处出现了强的-cn-伸缩振动吸收峰，这归属于pb结构。
[0125]
分别对实施例2的hpdanps和hpda-pb nps进行xrd测试，结果如图9所示。由图9可知，hpdanps在5～90
°
的扫描范围内均未出现明显的衍射峰，证明hpdanps呈非晶态形式存在；hpda-pb nps在2θ＝15.1
°
，17.5
°
，24.8
°
，35.4
°
，38.7
°
，43.7
°
均出现衍射峰，分别对应于pb标准卡片的(111)，(200)，(220)，(400)，(331)，(422)晶面，证明了pb结构的形成。
[0126]
通过以上对hpda-pb nps的结构表征，证明了材料的成功合成。
[0127]
光热性能测试结果
[0128]
光热性能浓度依赖测试
[0129]
将实施例2中制备的hpda-pb nps配制为1mg/ml的hpda-pb nps水分散液，分别取适量，稀释至2ml，得到浓度为50μg/ml，100μg/ml，150μg/ml，200μg/ml，400μg/ml的hpda-pb nps水分散液。分别将各组分散液置于808nm激光下(2w/cm2)照射10min，以红外热像仪记录温度变化(每隔30s进行一次计数)结果如图10所示。由图10可知，随着hpda-pb nps浓度的增加，激光照射10min前后的温差分别为16.5℃，25.8℃，31.7℃，33.8℃，42.6℃，显示出良好的光热升温的浓度依赖性质。
[0130]
光稳定测试
[0131]
将实施例2中制备的hpda-pb nps配制为2ml的hpda-pb nps分散液(100μg/ml)，置于808nm激光下(2w/cm2)照射10min，关闭激光使分散体系冷却至室温，接着重复该过程四次，以电子温度计记录整个过程的温度变化(每隔10s进行一次计数)，结果如图11所示。由图11可知，在五次光热升温-自然冷却循环中，升温前后的最大温差在26.9～29.4℃范围内波动，体现了hpda-pb nps优良的光稳定性。
[0132]
光热转换效率(η)测试
[0133]
将实施例2中制备的hpda-pb nps配制为1ml的hpda-pb nps分散液(100μg/ml)，在25.1℃的环境温度(tsur)下置于808nm激光下(i＝2w/cm2)照射至温度升高至平衡状态，且稳定0.5min，关闭激光使分散液自然冷却至室温，以1ml超纯水作为对照重复上过程，以电子温度计记录整个过程的温度变化(每隔10s进行一次计数)，并记录光热升温中系统的最高温度tmax，光热升温-自然冷却曲线如图12所示。同时测量在最高温度tmax下分散液的吸光度aλ，测得吸光度aλ为0.571；测量在最高温度tmax下容器的散热量qs，测得散热量qs＝0.0355w。
[0134]
由图12可知，最高温度为71.5℃。
[0135]
对图12进行线性拟合，结果如图13所示。根据图13可知，体系热传导时间常数τs＝520.8s。
[0136]
hpda-pb nps的光热转换效率η＝38.21％，这验证了所制备的hpda-pb nps优异的光热转换性能。
[0137]
其中，
[0138]
式中，η指光热转换效率(％)；
[0139]
hs＝(mi
×
cp,i)/τs，mi是水的质量，cp,i是水的比热容；
[0140]
hpda-pb nps在不同ph下的类过氧化物酶活性测试
[0141]
配制五组不同ph的pbs缓冲液(ph7.0，6.5，6.0，5.5，5.0)，分别取3ml不同ph的pbs缓冲液，加入hpda-pb nps，tmb和h2o2，使得分散液中三者的最终浓度为c(tmb)＝0.16mm，c(h2o2)＝0.33mm，c(hpda-pb nps)＝5μg/ml。然后分别置于37℃摇床中振荡孵育30min，接着9000rpm离心10min收集上清液，在400～800nm范围检测各组上清液的紫外-可见吸收光谱，ph分别为7.0，6.5，6.0，5.5，5.0时，在652nm处吸光度强度比为0.02：0.13：0.33：0.43：0.48，结果如图14所示。由图14可知，随着ph的下降(在ph＝5.0～7.0的范围内)，各组上清液在652nm波长处的吸收峰是逐渐升高的，这直接说明tmb被氧化的量更大，也证明了hpda-pb nps的类过氧化物酶活性是随着ph的降低而升高的(在ph＝5.0～7.0的范围内)。
[0142]
hpda-pb nps与底物孵育不同时间的类过氧化物酶催化效果
[0143]
配制5组包含hpda-pb nps，tmb和h2o2的pbs分散液(3ml，ph＝5.5)，使得各组中tmb的浓度为0.16mm，h2o2浓度为0.33mm，hpda-pb nps浓度为5μg/ml，然后分别置于37℃摇床中振荡孵育10min，20min，30min，40min，60min，接着9000rpm离心10min收集上清液，在400～800nm范围检测各组上清液的紫外-可见吸收光谱，测试结果如图15所示。由图15可知，随着孵育时间的增加，各组上清液在652nm波长处的吸收峰是逐渐升高的，五组催化体系(孵育时间分别为10min，20min，30min，40min，60min)在652nm处吸光度强度比为0.39：0.47：0.55：0.59：0.69，这证明了随着时间的增加，hpda-pb nps的类过氧化物酶催化效果是更好的。
[0144]
tmb变化的米氏常数km(tmb)
[0145]
配制7组300μlpbs缓冲体系(ph＝5.5)，其中含有固定浓度的h2o2(0.5mm)和hpda-pb nps(5μg/ml)，tmb的浓度分别为0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，1mm，2mm，将各组置于37℃摇床中孵育10min，用酶标仪检测各组在652nm波长处的吸光度，将得到的数据转换为v(tmb)，与c(tmb)进行michaelis menten拟合和双倒数线性拟合，结果如图16～17所示。
由图13～14可知，拟合得到的km(tmb)＝0.79mm，v
max
＝1.92
×
10-8m·
s-1
[0146]
tmb变化的米氏常数km(h2o2)
[0147]
配制9组300μlpbs缓冲体系(ph＝5.5)，其中含有固定浓度的tmb(0.5mm)和hpda-pb nps(5μg/ml)，h2o2的浓度分别为0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，1mm，2mm，4mm，8mm，将各组置于37℃摇床中孵育10min，用酶标仪检测各组在652nm波长处的吸光度(另做两组平行实验作为对照)，将得到的数据转换为v(h2o2)，与c(h2o2)进行michaelis menten拟合和双倒数线性拟合，结果如图18～19所示。由图18～19可知，拟合得到km(h2o2)＝0.80mm，v
max
(h2o2)＝1.37
×
10-8m·
s-1
。米氏常数是酶的特征常数，能说明材料对底物的亲和力，米氏常数越小，对底物的亲和力越强，天然的辣根过氧化物酶的km(tmb)＝3.7mm，km(h2o2)＝0.43mm。hpda-pb nps的km(tmb)远小于辣根过氧化物酶，说明了hpda-pb nps对tmb的亲和力远强于辣根过氧化物酶，说明hpda-pb nps是有用于催化tmb+h2o2反应体系前景的。
[0148]
通过上述对hpda-pb nps类过氧化物酶活性测试，显示出hpda-pb nps在酸性环境下优异的类过氧化物酶活性，和对tmb优异的亲和力。
[0149]
对实施例2中制备的hpda-pb nps在酸性环境下催化h2o2产生
·
oh的能力进行测试
[0150]
分别用亚甲基蓝(mb)和以dmpo为电子自旋捕获剂的esr测试，对ph为5.5时，hpda-pb nps催化h2o2产生
·
oh进行测试。
[0151]
在mb测试中，用pbs(ph＝5.5)将mb与hpda-pb nps配制为混合溶液，其中c(mb)＝10μg/ml，c(hpda-pb nps)＝25μg/ml，37℃搅拌混合溶液30min，以排除hpda-pb对mb的吸附影响结果，然后取3ml混合溶液，加入适量h2o2(质量浓度为30％)使的h2o2最终浓度为1mm，将该混合体系置于37℃摇床振荡孵育30min，9000rpm离心收集上清液，在200～900nm范围检测上清液的紫外-可见吸收光谱，设置只有mb，mb+h2o2，mb+hpda-pb的组作为对照组(缺少的组分以等量ph＝5.5的pbs补充)，结果如图20所示。由图20可知，相比于三组对照组，mb+hpda-pb+h2o2在650nm波长处的吸收峰出现明显的下降，这说明了mb在该体系中的分解，证明了hpda-pb nps能在ph＝5.5的弱酸性条件下催化h2o2产生
·
oh。
[0152]
在以dmpo为电子自旋捕获剂的esr测试中，用ph＝5.5的pbs缓冲液分散dmpo，hpda-pb nps和h2o2，使得dmpo的最终浓度为20mm，hpda-pb最终浓度为50μg/ml，h2o2最终浓度为1mm，取适量混合体系进行esr检测，将剩余的混合体系施加808nm激光照射(1w/cm2，10min)，对激光照射后的体系进行esr检测，结果如图21所示。由图21可知，激光照射后的esr谱相较于照射前出现了明显的1:2:2:1的峰形结构，这说明了
·
oh的产生，证明808nm激光照射能引发hpda-pb nps催化h2o2产生
·
oh。
[0153]
通过对
·
oh的mb和dmpo测试，证明了hpda-pb nps在酸性环境下催化h2o2产生
·
oh的能力。
[0154]
配制六组含有tmb，hpda-pb nps，h2o2和gsh的3mlpbs缓冲体系(ph＝5.5)，各组均固定tmb，hpda-pb nps，h2o2的浓度，分别为c(tmb)＝100μm，c(hpda-pb)＝25μg/ml，c(h2o2)＝100μm，而gsh的浓度分别为0μm，1μm，2μm，4μm，8μm，16μm，将各组置于37℃摇床振荡孵育15min，9000rpm离心取上清液，在400～800nm波长范围检测各组上清液的紫外-可见吸收光谱，结果如图22所示。由图22可知，随着gsh浓度的增加，652nm处的吸收峰是随之降低的，这种降低是呈现gsh浓度相关性的，在c(gsh)＝16μm时，吸收峰几乎完全消失。
[0155]
计算得到不同gsh浓度体系在652nm波长处的吸光度与不添加gsh体系的吸光度的
差值δa
652nm
，将c(gsh)与δa
652nm
进行拟合，得到的结果如图23所示。由图23可知，c(gsh)与δa
652nm
有着良好的线性关系，拟合曲线为y＝0.0185x-0.002，r2＝0.9974，由此得出gsh的比色检测范围为0-16μm，对gsh的最低检测限lod＝108.1nm。
[0156]
利用实施例2中制备的hpda-pb nps在弱酸性环境下引入微量外源h2o2进行光热-酶催化联合抗菌测试。选用的目标细菌为最具代表性的革兰氏阳性金黄色葡萄球菌(staphylococcusaureus，s.aureus)和革兰氏阴性大肠杆菌(escherichiacoli，e.colie.coli)。
[0157]
抗s.aureus测试方法如下，将用营养肉汤培养基培养的对数生长期的s.aureus用pbs(ph＝5.5)清洗稀释，与hpda-pb nps和h2o2混合得到5组300μl分散体系(ph＝5.5)，其中s.aureus的浓度约为5
×
107cfu，c(hpda-pb)＝80μg/ml，c(h2o2)分别为0.5mm，1mm，2mm，4mm，8mm。将各组分别进行808nm波长激光照射(1w/cm2，10min)，取适量照射后的菌液用营养肉汤培养基稀释105倍，取100μl涂布至营养琼脂平板，在37℃培养箱中倒平板培养20h，取出观察并比较菌落数。以s.aureus+hpda-pb+h2o2和s.aureus+h2o2作为对照组(除了不需添加的条件，其它均与实验组相同)进行结果对比，结果如图24所示。由图24可知，s.aureus+h2o2组在c(h2o2)＝(0.5mm～8mm)整个区间内均未表现出对s.aureus的杀灭作用，这说明单独的微量h2o2对s.aureus并无明显杀灭作用s.aureus+hpda-pb+h2o2组显示在c(h2o2)＝8mm时出现了能观察到的s.aureus减少。而s.aureus+hpda-pb+h2o2+nir在c(h2o2)＝0.5mm时即能观察到s.aureus的明显减少，而在0.5mm以上的4个浓度基本实现了s.aureus的完全杀灭。该结果说明了hpda-pb nps存在光热-酶催化联合抗菌效果。
[0158]
抗e.coli测试方法如下，将用营养肉汤培养基培养的对数生长期的e.coli用pbs(ph＝5.5)清洗稀释，与hpda-pb nps和h2o2混合得到6组300μl分散体系(ph＝5.5)，其中e.coli的浓度约为5
×
107cfu，c(hpda-pb)＝60μg/ml，c(h2o2)分别为0mm，0.5mm，1mm，2mm，4mm，8mm。将各组分别进行808nm波长激光照射(1w/cm2，10min)，取适量照射后的菌液用营养肉汤培养基稀释105倍，取100μl涂布至营养琼脂平板，在37℃培养箱中倒平板培养20h，取出观察并比较菌落数。以e.coli+hpda-pb+h2o2，e.coli+h2o2+nir和e.coli+h2o2作为对照组(除了不需添加的条件，其它均与实验组相同)进行结果对比，结果如图25所示。由图25可知，e.coli+h2o2组和e.coli+h2o2+nir组在c(h2o2)＝0.5mm～2mm的范围内相较于其不加h2o2的对照并未表现出对e.coli的杀灭作用，两组从c(h2o2)＝4mm开始出现明显的杀菌效果，在c(h2o2)＝8mm实现完全的灭菌。这两组对照组的结果说明，激光照射并不能激发h2o2杀灭e.coli，同时e.coli对h2o2的敏感性高于s.aureus，使得e.coli能被更低浓度的h2o2杀死。e.coli+hpda-pb+h2o2组相较于上述两组并未显示出随着h2o2浓度的上升，由于酶催化作用产生的
·
oh对e.coli更强的杀灭作用，推测原因有二，首先e.coli相较于s.aureus表面有更多的蛋白结构，使得其有着更强的负电性，导致带负电的hpda-pb nps与e.coli有更强的排斥性，使得酶催化作用产生的
·
oh不能迅速作用e.coli表面发生猝灭(
·
oh是一种瞬时自由基)；其次是未加激光照射的条件下
·
oh的产生量太少，使得效果不明显。e.coli+hpda-pb+h2o2+nir组在c(h2o2)＝0mm时已经能明显杀灭e.coli，这说明单纯的光热效果已经能有效灭菌，在c(h2o2)＝(0.5mm～2mm)这个不能发挥杀灭e.coli的范围内，e.coli+hpda-pb+h2o2(c(h2o2)＝0.5mm，c(h2o2)＝1mm，c(h2o2)＝2mm)+nir这三组，相较于不能完全杀灭e.coli的c(h2o2)＝0mm组，均实现了对e.coli的几乎完全杀灭，这说明了hpda-pb nps
的光热和光激发增强的酶催化联合抗e.coli是有效的。
[0159]
hpda-pb nps在弱酸性环境下引入微量外源h2o2进行光热-酶催化联合抗菌测试结果为，对于s.aureus的完全杀灭，所需的最优条件为c(hpda-pb)＝80μg/ml，c(h2o2)＝1mm，同时施加1w/cm2的808nm激光照射10min；对于e.coli的完全杀灭，所需的最优条件为c(hpda-pb)＝60μg/ml，c(h2o2)＝0.5mm，同时施加1w/cm2的808nm激光照射10min。结果证明对于两种细菌的杀灭，不论所需的h2o2的浓度，或是808nm激光的照射条件，均处在一个温和的水平，这也说明了光热-酶催化联合抗菌的优越性。
[0160]
对比例1
[0161]
pb nps的制备
[0162]
将3g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和131.7mgk3[fe(cn)6]加入40ml0.01m的hcl中，搅拌30min，得到透明溶液。将透明溶液转移至高压釜中，置于80℃的烘箱中加热20h，冷却后以12300rpm离心10min收集沉淀物，超纯水离心洗涤三次，得到pb nps；
[0163]
pda-pb nps的制备
[0164]
在30℃温和搅拌下，将800μl氨水(28％)加入24ml乙醇和54ml超纯水的混合溶剂中搅拌30min,然后将盐酸多巴胺水溶液(0.3gdah溶于2ml超纯水)快速注射至混合溶液，在30℃持续搅拌24h,离心收集沉淀并水洗三次(7000rpm,10min)得到pda nps；将12mgpda nps分散于40ml盐酸溶液(ph＝2)中,取6mg六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)溶于20mlph＝2的盐酸中，将两者混合于圆底烧瓶中搅拌1h(800rpm)，然后将20ml溶有6mg三水合亚铁氰化钾(k4fe(cn)6·
3h2o)的盐酸溶液ph＝2)以20ml/h的速度滴加至上述体系中，滴加完成后继续搅拌4h，以9000rpm离心10min收集产物，并水洗三次得到pda-pb nps。
[0165]
按照上述光热转化效率测试实施例2中的hpdanps，对比例1中的pb nps和实施例2中的hpda-pb nps的光热转换效率并对测得的光热转换效率进行拟合，结果如图26～27所示。由图26～27可知，在相同测试条件下，实施例2中的hpdanps，对比例1的pb nps和实施例2中的hpda-pb nps的最大升温与环境温度的差值分别为17.9℃，39.3℃和46.5℃，实施例2中的hpda-pb nps有着最高的升温温度，通过拟合计算实施例2中的hpda nps，对比例1中的pb nps和实施例2中的hpda-pb nps三者的光热转换效率(η)分别为21.1％，34.03％和38.21％，这证明了同时包含聚多巴胺和普鲁士蓝的hpda-pb nps相较于两种单独的物质有着更好的光热转换能力。
[0166]
测试实施例2中的hpda-pb nps，对比例1中的pb nps和对比例1中的pda-pb nps的类过氧化物酶活性，配制3组分别包含上述三种材料，tmb和h2o2的pbs分散液(3ml，ph＝5.5),使得各组中tmb的浓度为0.16mm,h2o2浓度为0.33mm,材料浓度为5μg/ml,置于37℃摇床中振荡孵育30min,接着9000rpm离心10min收集上清液，在400～800nm范围检测各组上清液的紫外-可见吸收光谱，结果如图28所示。由图28可知，相比对比例1的pb nps和pda-pb nps，hpda-pb nps在ph＝5.5时显示明显更强的pod活性，这归因于hpda-pb nps更大的比表面积和更小的pb晶粒能提供更多的催化位点。
[0167]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种hpda-pbnps，其特征在于，包括中空聚多巴胺和负载在所述中空聚多巴胺上的普鲁士蓝晶粒。2.根据权利要求1所述的hpda-pbnps，其特征在于，所述hpda-pb nps含有钴元素。3.根据权利要求1所述的hpda-pbnps，其特征在于，所述中空聚多巴胺为十二面体结构。4.根据权利要求1所述的hpda-pbnps，其特征在于，所述hpda-pb nps的粒径为360～560nm。5.根据权利要求1所述的hpda-pbnps，其特征在于，所述普鲁士蓝晶粒的负载量为10.5～11.9wt％，粒径为5～20nm。6.权利要求1～5任一项所述hpda-pbnps的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将zif-67的甲醇分散液与盐酸多巴胺的甲醇溶液混合后进行聚合反应和分解反应，得到hpdanps；将所述hpdanps分散于强酸溶液后与铁盐的强酸溶液混合进行络合反应，得到络合反应产物；将所述络合反应产物与三水合亚铁氰化钾的强酸溶液混合进行复合反应，得到所述hpda-pbnps。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应和分解反应的温度为50～60℃，时间为4～6h。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述络合反应的温度为20～40℃，时间为1～4h。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述zif-67为十二面体结构。10.权利要求1～5任一项所述hpda-pbnps或权利要求6～9任一项所述制备方法制备的hpda-pbnps在光热抗菌剂和谷胱的定量检测中的应用。

技术总结
本发明提供了一种HPDA-PBNPs及其制备方法和应用，属于复合材料领域。本发明提供的HPDA-PBNPs，包括中空聚多巴胺和负载在所述中空聚多巴胺上的普鲁士蓝晶粒。PBNPs在近红外光激发下，电子在Fe


技术研发人员：李妍妍 赵祺耀 张琴 姜宇 吴世龙 渠筱萌 周一凡
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/20