超長(zhǎng)α-Ag3VO4納米線類氧化酶活性及傳感應(yīng)用研究

李春鳳,陳荔絲,吳蕓蕓,陶春蘭,秦冬冬

（廣州大學(xué)分析科學(xué)技術(shù)研究中心，化學(xué)化工學(xué)院，廣東 廣州 510006）

納米酶是一類尺寸小于100 nm，具有類酶催化活性的納米材料。與天然酶相比，納米酶種類豐富，可以通過對(duì)組成、納米微結(jié)構(gòu)、反應(yīng)環(huán)境等參數(shù)的人工設(shè)計(jì)和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)酶活性及反應(yīng)機(jī)理的選擇和優(yōu)化，從而滿足不同體系的應(yīng)用要求［1］。另外，納米酶具有成本低廉，易于大規(guī)模制備及回收，以及高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，近年在疾病診療、傳感分析、環(huán)境治理方面的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，是目前研究的熱點(diǎn)［2］。自2004 年Scrimin 教授［3］基于三氮唑環(huán)酮-金納米粒子催化轉(zhuǎn)磷酸化反應(yīng)而提出了納米酶概念，以及2007 年閻錫蘊(yùn)院士［4］發(fā)現(xiàn)四氧化三鐵納米粒子的類過氧化物酶活性以來，各種具有類酶活性的材料被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，如碳納米材料、各種金屬及合金、金屬有機(jī)框架化合物及金屬氧化物等［5］。其中，由于金屬氧化物的高結(jié)晶性、靈活多變的表界面構(gòu)建和修飾、豐富的物種類別等特點(diǎn)，成為科研人員優(yōu)先考慮的對(duì)象。目前，金屬氧化物所發(fā)現(xiàn)的類酶活性主要集中在氧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶，且一種材料往往表現(xiàn)出超過一種類酶活性［6］。

釩（V）的多變的氧化態(tài)特性，賦予了其氧化物獨(dú)特的光、電、磁、熱性質(zhì)，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。特別是三元金屬釩酸鹽，被認(rèn)為是一類新型多功能材料，近年來受到科研工作者的廣泛關(guān)注［7］。一維材料（常指納米線和納米管）具有大的長(zhǎng)徑比、高比表面積和表面態(tài)濃度，以及提供的大量活性位點(diǎn)，使其在界面催化領(lǐng)域中顯現(xiàn)出了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)［8-10］。據(jù)報(bào)道［11］，五氧化二釩納米線在過氧化氫存在下顯示出了明顯的類過氧化物酶活性，金屬釩離子是催化活性中心。利用酸度調(diào)節(jié)機(jī)制制備的五氧化二釩納米帶，具有顯著的類過氧化物酶和類葡萄糖氧化酶催化活性。利用葡萄糖在材料表面的吸附能，以及催化機(jī)制設(shè)計(jì)的非酶在線光學(xué)葡萄糖檢測(cè)平臺(tái)，可以研究大腦的能量代謝機(jī)制［12］。最近，Wang等［13］合成了一種α相的偏釩酸銀納米棒，并利用其靈敏的過氧化物酶活性實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙氧水的檢測(cè)，高催化活性是由于氧化性的銀離子與偏釩酸根的協(xié)同催化作用，但是α相的偏釩酸銀處于一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)而限制了其性能優(yōu)化及應(yīng)用拓展。

采用適合大規(guī)模制備的溶液共沉淀法，通過對(duì)反應(yīng)條件及前驅(qū)體離子物質(zhì)的量比例的精確調(diào)控，合成了一種物化性質(zhì)穩(wěn)定的釩酸銀納米線。該納米線對(duì)三種底物（TMB、OPD、ABTS）均表現(xiàn)出了良好的類氧化酶活性，揭示了其類酶反應(yīng)的廣譜性。綜合研究了催化劑和底物濃度、溶液pH 值、反應(yīng)時(shí)間對(duì)類氧化酶催化活性的影響，同時(shí)探討了催化反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)過程，最后探索了以釩酸銀-TMB系統(tǒng)構(gòu)建的光譜傳感體系對(duì)抗壞血酸的檢測(cè)應(yīng)用。釩酸銀材料在鋰離子電池和光催化領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛，但是納米酶活性的研究較少，本文的研究結(jié)果有望對(duì)拓展釩酸銀納米材料的應(yīng)用及開發(fā)高效納米酶提供積極的幫助。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

原料：硝酸銀（AgNO3），購(gòu)自廣州化學(xué)試劑廠；正釩酸鈉十二水合物（Na3VO4?12H2O），購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司；3，3′，5，5′-四甲基聯(lián)苯胺（TMB），購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；鄰苯二胺（OPD），購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司；2，2′-聯(lián) 氮-雙-3-乙 基 苯 并 噻 唑 啉-6-磺 酸（ABTS），購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司；叔丁醇（TBA），購(gòu)自天津大茂化學(xué)試劑廠；對(duì)苯醌（PBQ），購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；疊氮化鈉（NaN3），購(gòu)自天津市福晨化學(xué)試劑廠；抗壞血酸（AA），購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。以上試劑均為分析純，使用前不用經(jīng)任何處理，可直接使用。

1.2 釩酸銀納米線的合成

釩酸銀納米線的合成［14］。取一個(gè)100 mL 的燒杯，先加入40 mL 的去離子水，再加入0.2038 g（1.2 mmol）的硝酸銀（AgNO3），攪拌1 h，配制成A液；另取一個(gè)100 mL 的燒杯，先加入30 mL 的去離子水，再加入0.0736 g（0.4 mmol）的正釩酸鈉十二水合物（Na3VO4?12H2O），攪拌1 h，配制成B 液；用滴管將B 液滴加到A 液中，然后將反應(yīng)混合物置于黑暗中攪拌反應(yīng)5 h，待反應(yīng)結(jié)束后通過離心收集固體，用水把固體洗滌3 次，再將固體置于70 ℃烘箱中烘干，最終得到黃色的釩酸銀納米線。

1.3 儀器及表征

利用X 射線粉末衍射儀（PW3040/60）測(cè)定樣品的晶體結(jié)構(gòu)，利用紅外光譜儀和紅外顯微鏡連用系統(tǒng)（TENSOR II+Hyperion 2000）測(cè)定樣品的結(jié)構(gòu)組成，利用掃描電子顯微鏡（JSM-7001F）對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行表征，利用紫外分光光度計(jì)（UV-6300）探究釩酸銀納米線的類氧化酶活性。

2 結(jié)果與討論

2.1 釩酸銀納米線的表征

圖1 為掃描電子顯微鏡（SEM）照片。從圖1 可以看出，釩酸銀固體呈線狀結(jié)構(gòu)，沒有其它雜質(zhì)和顆粒出現(xiàn)，納米線直徑約為500 nm，長(zhǎng)度可達(dá)40 μm。這證明，釩酸銀容易結(jié)晶為一維結(jié)構(gòu)或者所選的合成條件有利于線狀結(jié)構(gòu)的生成。一般情況下，一維晶體材料的生長(zhǎng)需要降低晶種濃度并延緩晶體生長(zhǎng)速率，這有利于使晶體在晶種的誘導(dǎo)下沿特定方向的晶面緩慢堆積，最終形成線狀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，所選用的前驅(qū)體濃度和比列（物質(zhì)的量之比Ag∶V=3∶1）及合成條件，符合釩酸銀一維結(jié)構(gòu)的形成條件。需要指出的是，納米線的合成也需要控制合適的反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)時(shí)間太短，納米線生長(zhǎng)不完全，樣品中會(huì)伴隨其它形貌的顆粒或小尺寸納米線；反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，則可能會(huì)引起微結(jié)構(gòu)的腐蝕和晶相的改變。

圖1 不同倍率下釩酸銀納米線的微觀形貌Figure 1 The morphologies of Ag3VO4 nanowire under different magnification

圖2 為釩酸銀納米線XRD 圖。從圖2 可以看出，釩酸銀納米線的結(jié)晶性良好，出現(xiàn)了（011）、（?121）、（121）、（220）、（301）、（400）和（?213）等晶面的強(qiáng)衍射峰，表明納米線是以單斜相存在的，這與文獻(xiàn)［15—16］中報(bào)道的大多數(shù)α相釩酸銀的結(jié)果相似（PDF：43-0542）。

圖2 釩酸銀納米線的XRD 圖Figure 2 XRD diffraction patterns of Ag3VO4 nanowire

通常情況下，溶液法合成高結(jié)晶性材料需要較為苛刻的水熱反應(yīng)條件或高溫退火后處理。而釩酸銀納米線在常溫常壓下的敞開體系中就可結(jié)晶，為其進(jìn)一步的應(yīng)用和性能優(yōu)化提供了便利。圖3 為釩酸銀納米線的紅外光譜圖。從圖3 可見，在723 和926 cm?1處的吸收峰是釩酸銀中VO43離子中V—O—V 的特征伸縮振動(dòng)引起的［16-17］，在3445 cm?1處的寬峰為吸附在樣品表面水分子的O—H 伸縮振動(dòng)信號(hào)，表明樣品表面有大量的吸附水存在。吸附水（吸附氧）對(duì)納米酶的活性和催化模式有著重要的作用，并為釩酸銀納米線的類酶活性研究提供了先決條件［17］。

圖3 釩酸銀納米線的紅外光譜圖Figure 3 FTIR spectra of the Ag3VO4 nanowire

2.2 釩酸銀納米線類氧化酶活性的研究

圖4為 Ag3VO4和 TMB、OPD、ABTS 及Ag3VO4+TMB 的紫外吸收?qǐng)D，其中插圖為對(duì)應(yīng)溶液顯色照片。從圖4 可見：TMB 底物溶液在可見光范圍內(nèi)沒有任何吸收，這與其分子的電子結(jié)構(gòu)相吻合，表明TMB 對(duì)可見光透明的屬性可有效避免復(fù)雜體系中底物對(duì)吸光度測(cè)試結(jié)果的干擾；Ag3VO4樣品的濃度較低，沒有觀察到可見光區(qū)d-d 躍遷信號(hào)，而少量的背景噪音信號(hào)可能是溶液中分散的固體顆粒對(duì)入射光的散射造成的；當(dāng)釩酸銀與TMB 溶液混合時(shí)，無色的TMB 溶液馬上變?yōu)樗{(lán)色，Ag3VO4+TMB 體系在652 nm 處有一個(gè)強(qiáng)吸收峰，同時(shí)在450 nm 左右處出現(xiàn)一個(gè)弱峰。根據(jù)以前報(bào)道的研究結(jié)果判斷，在652 nm 處的信號(hào)對(duì)應(yīng)于TMB 一個(gè)電子的氧化過程，而450 nm 處的峰為雙電子轉(zhuǎn)移過程［18］。TMB 氧化態(tài)特征信號(hào)的出現(xiàn)以及溶液變藍(lán)，證明釩酸銀納米線可以催化TMB 底物的氧化，也就是說所制備的釩酸銀納米線具有類氧化酶活性。從圖4 還可見，釩酸銀納米線除了使TMB 溶液顯示藍(lán)色外，在相同測(cè)試條件下其還可使無色的OPD 溶液顯示黃色，使無色的ABTS 溶液變?yōu)榈G色，這一結(jié)果證明釩酸銀納米線可以對(duì)多種底物表現(xiàn)出明顯的氧化酶活性，揭示了其納米酶活性的廣譜性。

圖4 Ag3VO4及Ag3VO4+底物（TMB、OPD、ABTS）體系的紫外光譜圖Figure 4 UV-vis spectra of Ag3VO4，and the Ag3VO4+substances（TMB，OPD and ABTS）system

和天然酶類似，除了納米酶自身性質(zhì)之外，環(huán)境的pH 值、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)催化過程都有顯著的影響［6］。為了綜合考察Ag3VO4+TMB 體系的催化反應(yīng)行為，首先調(diào)控了體系的pH 值，研究不同pH 值對(duì)體系催化的影響（圖5）。從圖5 可見，在pH=2—6 范圍內(nèi)時(shí)，反應(yīng)溶液顯現(xiàn)出了不同的顏色。當(dāng)pH 值從2 逐漸提高到4 時(shí)，溶液分別呈現(xiàn)綠色、藍(lán)綠色和藍(lán)色；pH=5 時(shí)溶液呈現(xiàn)淡藍(lán)色，pH=6 時(shí)溶液幾乎無色。體系的顏色越深，表明反應(yīng)速率越快，在相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)越徹底，這一判斷可從Ag3VO4+TMB 體系在不同pH 值的紫外吸收光譜得到證明和解釋。pH=5—6 時(shí)，溶液體系在可見光區(qū)的吸收很微弱；隨著酸度增大到2—4 時(shí)，溶液體系在約652 nm 處出現(xiàn)明顯的吸收，這對(duì)應(yīng)于TMB的一電子轉(zhuǎn)移過程；但在pH=2—3 時(shí)，溶液在450 nm 左右處出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)TMB 兩電子氧化過程的第二個(gè)吸收峰，酸度越高吸收信號(hào)越強(qiáng)烈。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，酸度對(duì)Ag3VO4+TMB 體系的反應(yīng)過程有很大影響，溶液顏色與電子轉(zhuǎn)移數(shù)目有關(guān)，高酸度有利于雙電子轉(zhuǎn)移過程的進(jìn)行。基于此，在反應(yīng)物和體系穩(wěn)定的前提下，可以人為選擇體系酸度來匹配不同實(shí)際情況對(duì)顯色的需求。

圖5 Ag3VO4+TMB 體系在不同pH 值下的顯色照片及紫外光譜圖Figure 5 Photographs of reacting solution and corresponding UV-vis spectra of Ag3VO4+TMB system performed at different pH

為考察Ag3VO4+TMB 體系在652 nm 處的吸光行為，研究pH 值、反應(yīng)時(shí)間、Ag3VO4濃度（TMB濃 度 固 定 為0.3 mmol ?L?1）和 底 物TMB 濃 度（Ag3VO4濃度固定為50 mg?L?1）對(duì)其吸光度的影響（圖6），其他后續(xù)測(cè)試選擇對(duì)一電子轉(zhuǎn)移過程較為明顯的中等酸度（pH=4）下進(jìn)行。從圖6 可以看出：隨著溶液pH 值增大，體系的吸光度呈先增加后降低的趨勢(shì)；反應(yīng)在開始階段的5 min 之內(nèi)速率很快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)反應(yīng)速率降低并逐漸趨于平衡狀態(tài)，表明Ag3VO4的存在會(huì)瞬間催化TMB 的變色。釩酸銀納米線所表現(xiàn)的這種反應(yīng)速率先增大后減小的趨勢(shì)與多數(shù)文獻(xiàn)所報(bào)道的線性變化結(jié)果不同，這說明在相同底物濃度下釩酸銀納米線具有更高的催化活性。從圖6 還可見：當(dāng)固定底物TMB 的濃度為0.3 mmol?L?1及釩酸銀濃度為5—70 mg?L?1時(shí)，體系在652 nm 處的吸光度逐漸增加，且濃度越大反應(yīng)速率提高越快，這一結(jié)果符合大多數(shù)催化反應(yīng)的催化劑濃度增加反應(yīng)速率加快的基本規(guī)律，也說明釩酸銀用量的增加能顯著提高催化活性位點(diǎn)濃度；當(dāng)固定釩酸銀用量固定為50 mg?L?1，逐漸將TMB 濃 度 從0.05 mmol?L?1提 升 至0.4 mmol?L?1時(shí)，反應(yīng)速率幾乎是線性提高的，這說明在這個(gè)濃度范圍內(nèi)反應(yīng)近似于一級(jí)反應(yīng)。

圖6 Ag3VO4+TMB 體系在652 nm 處的吸光度隨pH、反應(yīng)時(shí)間、Ag3VO4和TMB 濃度的變化曲線Figure 6 Absorbance of Ag3VO4+TMB system at 652 nm with the variation of pH，duration of reaction time，as well as the concentration of Ag3VO4 and TMB，respectively

為了進(jìn)一步研究催化反應(yīng)機(jī)制和動(dòng)力學(xué)過程，繪制了Michaelis-Menten 動(dòng)力學(xué)曲線及Lineweaver-Burk 雙倒數(shù)曲線（圖7）。按照酶促反應(yīng)的基本規(guī)律［19］，當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)是一級(jí)反應(yīng)，濃度處于中間范圍時(shí)是混合級(jí)反應(yīng)，高濃度反應(yīng)從一級(jí)反應(yīng)向零級(jí)反應(yīng)過渡。從圖7 中Michaelis-Menten 動(dòng)力學(xué)曲線可見，反應(yīng)速率與TMB 濃度的關(guān)系接近線性關(guān)系，說明釩酸銀催化TMB 的反應(yīng)在測(cè)試濃度條件下近似于一級(jí)反應(yīng)。通過形式轉(zhuǎn)化，當(dāng)以反應(yīng)速率的倒數(shù)對(duì)TMB 濃度的倒數(shù)作圖時(shí)，得到了雙倒數(shù)曲線。從圖7 中Lineweaver-Burk 雙倒數(shù)曲線可見，雙倒數(shù)呈典型的線性關(guān)系，利用該曲線得到了表征酶促反應(yīng)活性的兩個(gè)重要參數(shù)，即Km=0.69 mmol?L?1和Vmax=1.8×10?7mol?L?1·s?1。Km作 為酶的特征常數(shù)，在一定條件下不同酶所對(duì)應(yīng)的Km數(shù)值不同，Km數(shù)值的定量化可更容易判斷該納米酶誘發(fā)的催化反應(yīng)的級(jí)數(shù)，以及比較不同酶對(duì)同一底物的親和性和反應(yīng)活性。通過與文獻(xiàn)報(bào)道的納米酶的Km相 比 較，釩酸銀的 催 化活性高 于Mn3O4［18］和Fe-N/C［20］，但是略小于CeO2［21］。鑒于有關(guān)釩酸銀氧化酶活性的研究較少，后續(xù)可以通過對(duì)納米線微形貌及表面態(tài)種類和濃度的調(diào)控，進(jìn)一步提高其催化活性。

圖7 Ag3VO4+TMB 體系的Michaelis-Menten 動(dòng)力學(xué)曲線及Lineweaver-Burk 雙倒數(shù)曲線Figure 7 Michaelis-Menten and Lineweaver-Burk kinetic curves of Ag3VO4+TMB system

游離的Ag+可以直接氧化TMB 變色［22］，游離的釩酸根也具有氧化TMB 的能力。對(duì)于共沉淀法制備的釩酸銀納米線固體，不排除其表面吸附的離子或晶體中的離子在測(cè)試酸度下溶解析出到溶液當(dāng)中，從而導(dǎo)致TMB 顯色。為了驗(yàn)證此假設(shè)，設(shè)計(jì)了Ag3VO4固體及其浸泡5 min 后的上清液對(duì)TMB 的催化氧化效果實(shí)驗(yàn)。圖8 為Ag3VO4+TMB 體系催化氧化效果隨時(shí)間變化的曲線及氧氣飽和溶液和氮?dú)獬跞芤旱淖贤馕展庾V圖。從圖8 可見：將釩酸銀納米線浸泡在測(cè)試溶液5 min 后，取上清液并加入TMB（0.3 mmol?L?1），發(fā)現(xiàn)在21 min 內(nèi)溶液在652 nm 處的吸光度幾乎沒有增加，但是在該非變色體系中加入一定量的釩酸銀后，溶液馬上變?yōu)樗{(lán)色，說明底物TMB 的顯色并不是由于釩酸銀納米線中氧化性離子釋放到溶液中而引發(fā)的。

既然釩酸銀納米線本身不具有直接氧化TMB的能力，那么另外一種可能性就是溶液中溶解的氧分子在釩酸銀的催化下被活化或生成其它具有氧化性的活性物種，該活性物種作為真實(shí)氧化劑氧化TMB，使之變色［18，23］。為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，在加入底物之前將釩酸銀溶液通入氮?dú)庖猿ト芙庋酰B續(xù)通氮?dú)?.5 h 后加入TMB，發(fā)現(xiàn)溶液依然會(huì)變?yōu)樗{(lán)色，但是與未除氧的溶液相比藍(lán)色較淺，且在652 nm 處的紫外吸收明顯減弱（圖8）。結(jié)果證明，溶解氧在Ag3VO4+TMB 催化體系中確實(shí)起著非常重要的作用。

圖8 Ag3VO4+TMB 體系催化氧化效果隨時(shí)間的變化及氧氣飽和溶液和氮?dú)獬跞芤旱淖贤馕展庾V圖Figure 8 UV-vis spectra of Ag3VO4+TMB system after and before removing the dissolved molecular oxygen in the solution

考慮到溶解氧本身活性較低，是無法在測(cè)試條件下氧化底物的，因此進(jìn)一步對(duì)真實(shí)氧化劑的檢測(cè)，以及對(duì)理解該類酶反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是十分必要的。接下來，分別在平行反應(yīng)體系中加入了叔丁醇（TBA）、對(duì)苯醌（PBQ）、疊氮化鈉（NaN3），他們分別作為羥基自由基（—OH），超氧自由基（—O2?）和單線態(tài)氧（1O2）的清除劑。圖9 為空白樣品和加入這三種清除劑后反應(yīng)體系在652 nm 處的紫外吸收柱狀圖。從圖9 可以看出，與空白溶液相比，加入TBA 后溶液的吸光度值并沒有減小，當(dāng)加入PBQ 和NaN3后Ag3VO4+TMB 體系的吸光度有較為明顯的減弱。由此可見，在釩酸銀納米線的類酶催化反應(yīng)過程中，沒有羥基自由基的參與，但是超氧自由基和單線態(tài)氧卻發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。

圖9 Ag3VO4+TMB 體系中加入清除劑后在652 nm 處的吸光度值及催化原理示意圖Figure 9 Absorbance at 652 nm for Ag3VO4+TMB after addition of scavengers，as well as the proposed catalytic mechanism

超氧自由基作為最常見的氧活性物種，完全可以氧化有機(jī)底物變色。雖然單線態(tài)氧不是自由基，但是處于激發(fā)態(tài)后單線態(tài)氧活性較高，也可以迅速?gòu)牡孜镏袏Z取電子而發(fā)生類氧化酶反應(yīng)。至此，釩酸銀納米線對(duì)以TMB 為主的底物的有效催化變色所表現(xiàn)的類氧化酶活性的作用機(jī)制（圖9）已基本清晰。作為親水性的高比表面積雙金屬氧化物，釩酸銀納米線可以有效吸附溶液中的氧分子，而材料表面的氧分子經(jīng)過表面態(tài)和缺陷位點(diǎn)的活化，產(chǎn)生了超氧自由基和單線態(tài)氧這兩種活性氧物質(zhì)，活性氧通過快速的電荷轉(zhuǎn)移從吸附或靠近材料表面的底物分子中獲得一個(gè)或兩個(gè)電子，使底物變?yōu)檠趸瘧B(tài)而顯色。較好的催化活性來源于釩酸銀納米線表面大量活性位點(diǎn)對(duì)吸附氧分子的高效活化，以及電荷在材料與底物之間的快速轉(zhuǎn)移。根據(jù)這一催化機(jī)制，如果在體系中加入一種能夠比底物更高效地與活性氧反應(yīng)的物質(zhì)，那么就有可能通過抑制TMB 顯色的行為而建立一種傳感體系。

2.3 基于釩酸銀納米線的類氧化酶活性建立抗壞血酸比色傳感器

經(jīng)過大量嘗試多種還原性物質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，Ag3VO4+TMB 體系可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抗壞血酸（AA）的分析檢測(cè)。圖10 為原始溶液（Ag3VO4+TMB）及加入不同量AA 后溶液在652 nm 處吸光度的差值（ΔA）隨AA 濃度的變化曲線。從圖10 可以看到：當(dāng)體系中AA 的濃度在8—60 μmol?L?1范圍內(nèi)變化時(shí)Ag3VO4+TMB 溶液的藍(lán)色逐漸褪去，當(dāng)AA 濃度小于25 μmol?L?1時(shí)褪色較快，大于25 μmol?L?1時(shí)褪色趨于平緩；AA 濃度小于25 μmol?L?1時(shí)ΔA與AA濃度呈線性關(guān)系。通過該線性關(guān)系，可得到體系對(duì)AA 的檢出限（LOD）為6.9 μmol?L?1（LOD=3σ/k，其中σ是空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，k為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率），這一數(shù)值低于人體血漿內(nèi)所含有的AA 的濃度范圍（28—85 μmol?L?1）［24］，因而該傳感系統(tǒng)在臨床診斷方面具有應(yīng)用的潛力。

圖10 原始溶液（Ag3VO4 + TMB）及加入不同量AA 后溶液在652 nm 處吸光度的差值（ΔA）隨抗壞血酸（AA）濃度的變化曲線Figure 10 Absorbance（ΔA）of Ag3VO4+TMB system at 652 nm as a function of concentration of AA

3 結(jié)論

含銀離子、釩離子及亞穩(wěn)態(tài)偏釩酸銀具有良好的納米酶活性，釩酸銀也具有較高的類氧化酶活性。納米線高的長(zhǎng)經(jīng)比和大量的活性位點(diǎn)可以有效吸附并活化溶液中的分子氧而生成超氧自由基和單重態(tài)氧，活性氧作為氧化劑可以連續(xù)從底物中獲得1—2個(gè)電子而生成有色氧化物種。動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，釩酸銀的酶促反應(yīng)在測(cè)試濃度范圍內(nèi)近似于一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)5 min 之內(nèi)可使底物完全顯色。經(jīng)過篩選，該酶促反應(yīng)體系對(duì)抗壞血酸顯示出了良好的分析檢測(cè)能力，檢出限為6.9 μmol?L?1。研究結(jié)果表明，釩酸銀納米線是一種潛在的納米酶材料，在疾病診療、生物傳感、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。