基于對(duì)鉑納米粒子過氧化物模擬酶活性的抑制檢測(cè)碘離子

路麗霞 王洋+藺曉曉+李欣瑤+辛夢(mèng)娜

摘要合成了檸檬酸鈉保護(hù)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(lián)苯胺（TMB）和過氧化氫的反應(yīng)，產(chǎn)生有色產(chǎn)物；而碘離子（I

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

Symbolm@@ 濃度的增加，抑制作用逐漸增強(qiáng)，基于此構(gòu)建了一種簡單、快速測(cè)定I

Symbolm@@ 的比色傳感方法。I

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

Symbolm@@ 的檢測(cè)，效果良好。

關(guān)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(yīng)中起關(guān)鍵作用，如神經(jīng)活動(dòng)和甲狀腺功能[1]。體內(nèi)碘缺乏導(dǎo)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(shù)國家都采用了碘的補(bǔ)充和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。然而，碘過量攝入也會(huì)對(duì)甲狀腺造成不良影響[3]。

目前，多種分析技術(shù)已被報(bào)道用于碘離子（I

Symbolm@@ ）的檢測(cè)，包括毛細(xì)管電泳[4]、液液微萃取[5]、電化學(xué)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(cè)時(shí)間長，難以滿足實(shí)際監(jiān)管中快速、高效、低成本的檢測(cè)要求[8]。近年來，納米材料的發(fā)展為離子檢測(cè)提供了新的傳感平臺(tái)，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(cè)范圍窄或靈敏度不夠高，并且需要對(duì)金納米粒子的表面進(jìn)行特殊的修飾[13～16]。如Lee等利用Cu2+催化的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)制備了三唑乙酰胺修飾的金納米粒子用于比色法檢測(cè)I

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

Symbolm@@ 檢測(cè)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

自2007年，Gao等[18]發(fā)現(xiàn)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(lǐng)域的研究不斷深入，各種無機(jī)納米材料包括金納米簇、石墨烯、硅量子點(diǎn)、納米氧化銅等均被發(fā)現(xiàn)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(chǔ)存容易，且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)， 使用條件要求不嚴(yán)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(cè)[24～27]。如Zhang等[25]利用Hg2+對(duì)rGO/PEI/Pd納米復(fù)合材料過氧化酶活性的增強(qiáng)作用，實(shí)現(xiàn)了超靈敏檢測(cè)Hg2+；Zheng等[27]利用石墨烯量子點(diǎn)的過氧化物酶活性檢測(cè)過氧化氫及谷胱甘肽等。然而，納米模擬酶用于陰離子檢測(cè)的報(bào)道很少[20， 28]。Ray的研究組[20]報(bào)道了溴化石墨烯用于S2

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

Symbolm@@ 的報(bào)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(yīng)，引起體系從無色變成藍(lán)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(cè)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(cè)，在食品安全監(jiān)管等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

2實(shí)驗(yàn)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(tuán)；四甲基聯(lián)苯胺（TMB，上海黃永生物科技有限公司）；其它試劑均為國產(chǎn)分析純?cè)噭?shí)驗(yàn)用水由MilliQ純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）制備的超純水（182 MΩ·cm）。實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為20℃。TMB儲(chǔ)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(cè)

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(bǔ)水至總體積為1 mL，混合后靜置反應(yīng)2 min，用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定吸收曲線以及650 nm處吸光度。

24實(shí)際樣品中碘離子的檢測(cè)

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(yīng)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(cè)定體系的吸光度值，計(jì)算碘濃度。自來水可直接測(cè)定其中的I

Symbolm@@ 濃度。

3結(jié)果與討論

31檢測(cè)原理

檢測(cè)原理如圖1所示。檸檬酸保護(hù)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(yīng)，使溶液呈藍(lán)色。向體系中加入Iendprint

Symbolm@@ 后，可明顯抑制顯色反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致溶液顏色變淺?；诖私⒘薎

Symbolm@@ 的識(shí)別體系，通過測(cè)量體系紫外可見吸收光譜的變化定量測(cè)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(yàn)證所設(shè)計(jì)的檢測(cè)方案，測(cè)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(chǎn)物的吸收峰[29]，說明鉑納米粒子對(duì)TMB和H2O2的反應(yīng)有明顯的催化作用，表現(xiàn)出過氧化物模擬酶的性質(zhì)。加入05 μmol/L I

Symbolm@@ 后，650 nm處的吸收峰強(qiáng)度明顯減小，表現(xiàn)出對(duì)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(qiáng)度進(jìn)一步減弱，說明不同濃度的I

Symbolm@@ 對(duì)鉑納米粒子過氧化物酶活性的抑制程度不同，因此可對(duì)其進(jìn)行定量檢測(cè)。

酸性條件下，H2O2可與I

Symbolm@@ 發(fā)生氧化還原反應(yīng)，也可能抑制顯色反應(yīng)。因此，考察了反應(yīng)物的添加順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，如圖4b、4c及4d所示，反應(yīng)物的不同添加順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果基本無影響。因H2O2與I

Symbolm@@ 間氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行需要較長的時(shí)間[32]，而在本實(shí)驗(yàn)中I

Symbolm@@ 的識(shí)別在幾秒鐘就可以完成，且各試劑的添加順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果無影響，說明溶液顏色變淺不是I

Symbolm@@ 與H2O2發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致的。而納米粒子的性質(zhì)與其表面狀態(tài)密切相關(guān)，檸檬酸根作為保護(hù)劑松散地結(jié)合在鉑納米粒子表面，很容易被置換下來。因此推測(cè)可能因?yàn)镮

Symbolm@@ 置換出鉑納米粒子表面的檸檬酸根，導(dǎo)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(duì)納米材料的過氧化物酶活性產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而影響其與目標(biāo)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(guān)，pH值可能影響I

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

Symbolm@@ 對(duì)鉑納米粒子的催化作用基本無影響。測(cè)定了加入I

Symbolm@@ 前后溶液的吸光度，兩者相差越大說明檢測(cè)的靈敏度越高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。在pH=44時(shí)，加入I

Symbolm@@ 引起的吸光度差值△A650最大。因此選擇本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定了不同濃度I

Symbolm@@ 存在時(shí)，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(lán)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A(chǔ)650 對(duì)I

Symbolm@@ 濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖6C所示，在20～5000 nmol/L濃度范圍內(nèi)，隨著I

Symbolm@@ 濃度增大，A650不斷減小，I

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

圖6不同濃度I

Symbolm@@ 對(duì)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(biāo)準(zhǔn)曲線，插圖是線性關(guān)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(jìn)行比較（表1），可見本方法對(duì)I

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

34干擾實(shí)驗(yàn)

考察了其它常見的陰、陽離子對(duì)I

Symbolm@@ 檢測(cè)的干擾，結(jié)果如圖7所示。雖然其它離子的濃度（100 μmol/L）遠(yuǎn)高于Iendprint

Symbolm@@ （2 μmol/L），除Br

Symbolm@@ 、Pb2+、Cu2+、Ca2+對(duì)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(yīng)明顯的變化，說明本方法具有較好的選擇性。

35實(shí)際樣品檢測(cè)

將此方法用于實(shí)際樣品中I

Symbolm@@ 的檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。加碘鹽中測(cè)得I

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

Symbolm@@ ，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)的回收率為900%～1080%。

4結(jié) 論

考察了I

Symbolm@@ 對(duì)鉑納米粒子催化作用的影響。鉑納米粒子催化TMBH2O2的反應(yīng)產(chǎn)生有色產(chǎn)物，I

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

Symbolm@@ 作出定性識(shí)別，通過吸收光譜的變化可以進(jìn)行I

Symbolm@@ 的定量測(cè)定。此檢測(cè)體系簡單經(jīng)濟(jì)，與金納米粒子比色法相比，此方法不需要復(fù)雜的表面修飾，且檢測(cè)靈敏度更高。

References

1Zimmermann M B， Boelaert K Lancet Diabetes Endo， 2015， 3（4）： 286-295

2Hetzel B S Bull World Health Organ， 2002， 80（5）： 410-417

3Lima M B， Barreto I S， Andrade S I E， Almeida L F， Araú jo M C U Talanta， 2012， 100： 308-312

4Ito K， Ichihara T， Zhuo H， Kumamoto K， Timerbaev A R， Hirokawa T Anal Chim Acta， 2003， 497（12）： 67-74

5Zaruba S， Vishnikin A B， Andruch V Talanta， 2016， 149： 110-116

6Her S T， Kristina T， Christopher BM and Richard G C Analyst， 2014， 139（16）： 3986-3990

7Huang Z P， Zhu Z Y， Subhani Q， Yan W W， Guo W Q， Zhu Y J Chromatogr A， 2012， 1251： 154-159

8Li Z H， Liu R Y， Xing G F， Wang T， Liu S Y Biosens Bioelectron， 2017， 96： 44-48

9Deng H H， Li G W， Lin X H， Liu A L， Chen W， Xia X H Analyst， 2013， 138（21）： 6677-6682

10Zhang J， Yue Y， Wang X L， Yang X R Anal Methods， 2012， 4（6）： 1616-1618

11Chen G H， Chen W Y， Yen Y C， Wang C W， Chang H T， Chen C F Anal Chem， 2014， 86（14）： 6843-6849

12Yu Y M， Hong Y， Gao P， Nazeeruddin M K Anal Chem， 2016， 88（24）： 12316-12322

13Lu Q J， Zhao J N， Xue S Y， Yin P， Zhang Y Y， Yao S Z Analyst， 2015， 140（4）： 1155-1160

14Ma Y， Yung LY L Anal Chem， 2014， 86（5）： 2429-2435

15zer A， Can Z Y， Akn I， Era E， Apak R Anal Chem， 2014， 86（1）： 351-356

16Feng J J， Guo H， Li Y F， Wang Y H， Chen W Y， Wang A J ACS Appl Mater Interfaces， 2013， 5（5）： 1226-1231

17Lee I L， Sung Y M， Wu C H， Wu S P Microchim Acta， 2014， 181（56）： 573-579

18Gao L Z， Zhuang J， Nie L， Zhang J B， Zhang Y M， Gu N， Wang T H， Feng J， Yang D L， Perrett S， Yan X Y Nat Nano， 2007， 2（9）： 577-583

19Zhang D Y， Chen Z， Omar H， Deng L， Khashab N M ACS Appl Mater Interfaces， 2015， 7（8）： 4589-4594

20Singh S， Mitra K， Shukla A，Singh R， Gundampati R K， Misra N， Maiti P， Ray B Anal Chem， 2017， 89（1）： 783-791

21Chen Q， Liu M L， Zhao J N， Peng X， Chen X J， Mi N X， Yin B D， Li H T， Zhang Y Y， Yao S Z Chem Commun， 2014， 50（51）： 6771-6774endprint

22Hong L， Liu A L， Li G W， Chen W， Lin X H Biosens Bioelectron， 2013， 43： 1-5

23Kuah E， Toh S， Yee J， Ma Q， Gao Z Q Chem Eur J， 2016， 22（25）： 8404-8430

24Gao Z Q， Liu G G， Ye H H， Rauschendorfer R， Tang D P， Xia X H Anal Chem， 2017， 89（6）： 3622-3629

25Zhang S T， Zhang D X， Zhang X H， Shang D H， Xue Z H， Shan D L， Lu X Q Anal Chem， 2017， 89（6）： 3538-3544

26WU LiangLiang， QIAN ZhiJuan， XIE ZhengJun， ZHANG YingYing， PENG ChiFang Chinese J Anal Chem， 2017， 45（4）： 471-476

吳亮亮， 錢志娟， 謝正軍， 張瑩瑩， 彭池方 分析化學(xué)， 2017， 45（4）： 471-476

27Zheng A X， Cong Z X， Wang J R， Li J， Yang H H， Chen G N Biosens Bioelectron， 2013， 49： 519-524

28Deng H H， Weng S H， Huang S L， Zhang L N， Liu A L， Lin X H， Chen W Anal Chim Acta， 2014， 852： 218-222

29Wu G W， He S B， Peng H P， Deng H H， Liu A L， Lin X H， Xia X H， Chen W Anal Chem， 2014， 86（21）： 10955-10960

30Polsky R， Gill R， Kaganovsky L， Willner I Anal Chem， 2006， 78（7）： 2268-2271

31Long L P， You M X， Wang H， Wang Y X， Yang R H Sci China Ser BChem， 2009， 52（6）： 793-801

32Stevanovic' K Z， Bubanja I N M， Stanisavljev D R Chem Phys Lett， 2017， 684： 257-261

33Lu L X， Yang F， Yang X R Analyst， 2014， 139（23）： 6122-6125

34Yang X H， Ling J， Peng J， Cao Q E， Ding Z T， Bian L C Anal Chim Acta， 2013， 798： 74-81

35Zhou G F， Zhao C， Pan C， Li F Anal Methods， 2013， 5（9）： 2188-2192

36Liu J M， Jiao Li， Cui M L， Lin L P， Wang X X， Zheng Z Y， Zhang L H， Jiang S L Sens Actuators B， 2013， 188： 644-650

37Zhang J， Xu X W， Yang C， Yang F， Yang X R Anal Chem， 2011， 83（10）： 3911-3917

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