一种MXene基纳米酶复合物的合成与有机磷农药检测的应用

本发明属于化学分析检测，具体涉及一种mxene基纳米酶复合物的合成与有机磷农药检测的应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、现代农业生产高度依赖杀虫剂来提高作物的产量和质量。作为使用最广泛的杀虫剂，有机磷农药(ops)可以不可逆地抑制乙酰胆碱酯酶(ache)活性，导致一系列急性和慢性中毒，对环境和人类健康构成严重威胁。

3、毒死蜱chl是一种广泛应用的有机磷杀虫剂。它通过抑制乙酰胆碱酯酶的活性使昆虫中毒致死，对近百种农业害虫都有很好的防效，且比常规农药毒性低，极大程度上促进了农业生产。但近几年随着水体和农产品中毒死蜱残留的不断被检出，毒死蜱对生态环境及人体健康的潜在危害性也越来越引起人们的关注。迄今为止，许多分析技术已被用于ops的检测。其中，基于酶-纳米酶级联的酶抑制法受到越来越多的关注。

4、纳米酶是一类具有酶催化性能的纳米材料，与天然酶相比，因其具备成本低、稳定性好等优点被广泛应用于传感、催化、气体储存和分离等多个领域。其中，mxene基纳米酶因比表面积大、催化活性高等优点，而具有非常巨大的应用前景。

5、目前大多数的酶抑制法都需要复杂的操作步骤，不稳定中间体在溶液中的长扩散距离限制了催化效率和传感灵敏度，为了避免上述问题，酶的固定化已被用于农药传感策略。即将生物酶、纳米酶结合在一起，实现一体化ops检测，不仅可以提高级联催化效率，还可以增强检测稳定性。

6、近年来，有关ops的检测方法的报道有很多。这些检测方法包括比色法、荧光法和化学发光法等。其中比色法和化学发光法，因其操作简单、检测范围广、检测限低等优点，成为检测ops的有效手段。此外，将复合材料引入到与智能手机集成的凝胶传感平台中，可以实现实时和可视化的ops检测。

技术实现思路

1、针对目前有机磷农药的检测现状，本发明的目的在于提供一种可以快速检测食品和环境中有机磷农药的mxene基纳米酶复合物的合成及应用。

2、本发明提供了mxene基纳米酶复合物在毒死蜱浓度检测中的应用。

3、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

4、第一方面，一种含有双金属活性位点的mxene基纳米酶v-tcpp(fe)的合成方法，包括：

5、以fe-tcpp和v2ctx mxene为原料，进行溶剂热反应，即得。

6、其中，v2ctx mxene的v节点和铁卟啉fe-tcpp由于协同效应，而具有较高的过氧化物酶催化活性。

7、制得的纳米酶记作v-tcpp(fe)。保留了mxene材料的片层结构，铁卟啉fe-tcpp与v2ctx mxene之间通过fe-tcpp的羧基(-cooh)与v2ctx mxene片上的羟基(-oh)连接，fe-tcpp分布于v2ctx mxene片层的上下两个表面。fe-tcpp中的fe在后续的反应中起催化作用。

8、第二个方面，提供了一种一体化复合材料v-tcpp(fe)/ache@zif-8的制备方法，包括：

9、以上述的方法合成的v-tcpp(fe)、乙酰胆碱酯酶(ache)、2-甲基咪唑、硝酸锌为原料，室温搅拌(30min)，静置12h即得。

10、制备得到的v-tcpp(fe)/ache@zif-8，结构为：v-tcpp(fe)和ache共封装在zif-8的金属-有机框架结构。

11、其中，v-tcpp(fe)中的v2ctx mxene金属前驱体和铁卟啉fe-tcpp配体决定了其过氧化物酶活性十分突出；通过zif-8多孔结构的约束作用，将乙酰胆碱酯酶ache和v-tcpp(fe)约束在孔中。检测原理为：底物乙酰硫代胆碱atch可以被ache水解，以产生含有巯基的硫代胆碱(tch)小分子，其可以通过形成fe-s和v-s键来抑制v-tcpp(fe)的催化活性。然而，检测溶液中存在ops时，ops的p原子与ache作用形成磷酸化的ache，从而可以不可逆地抑制乙酰胆碱酯酶ache的酶活性，阻止了底物乙酰硫代胆碱atch被ache水解，产生硫代胆碱(tch)小分子的过程。则与ops浓度的高体系相比，ops浓度低的体系中硫代胆碱(tch)小分子的含量更高，则v-tcpp(fe)的催化活性更低。从而建立起ops浓度与v-tcpp(fe)的催化活性的正相关关系，通过检测v-tcpp(fe)的催化活性来得到ops浓度的结果。且这种关系在一定范围内为线性关系，实现定量检测目的。

12、其中，zif-8的作用为：1)固定两种酶：起到限域效应，加速底物运输，显著提高其催化活性，因为将纳米酶和生物酶封装在zif-8中，两者相距很近，生物酶和底物作用产生的产物可以很快接触到纳米酶，并快速发生反应；2)提高酶的稳定性：zif-8还可以通过在酶周围的快速结晶提供稳定的保护壳，这可以保护酶在恶劣环境中不被分解。

13、第三个方面，提供了一种比色检测毒死蜱浓度的方法，包括：

14、配置含不同毒死蜱浓度的溶液，作为标准溶液；

15、将上述的一体化复合材料v-tcpp(fe)/ache@zif-8加入到所述标准溶液中，混合均匀，孵育一段时间后加入乙酰硫代胆碱atch，再孵育一段时间后加入3,3',5,5'-四甲基联苯胺tmb和双氧水h2o2，混合均匀，检测紫外吸光度；

16、tmb溶液本身没有任何颜色，但tmb被催化氧化后，溶液出现了从无色到蓝色的颜色变化，在uv-vis光谱652nm处有一个吸收峰。ache分解乙酰硫代胆碱(atch)产生含有巯基的硫代胆碱(tch)小分子，然后tch可以与v-tcpp(fe)的催化位点键价结合，从而抑制催化活性。这种颜色变化可以反映出体系中ache的活性，进一步反映出ops浓度：蓝色越深，表示ops浓度越高。

17、根据测定的吸光度，建立毒死蜱浓度和吸光度比值的对应关系；

18、将上述的一体化复合材料v-tcpp(fe)/ache@zif-8加入到待测溶剂中，混合均匀，孵育后加入乙酰硫代胆碱atch，再孵育后同上加入3,3',5,5'-四甲基联苯胺tmb和双氧水h2o2，检测比色响应，并计算出毒死蜱浓度，即得。

19、第四个方面，提供了一种化学发光检测毒死蜱浓度的方法，包括：

20、配置含不同毒死蜱浓度的溶液，作为标准溶液；

21、将上述的一体化复合材料v-tcpp(fe)/ache@zif-8加入到所述标准溶液中，混合均匀，孵育一段时间后加入乙酰硫代胆碱atch，再孵育一段时间后加入到含有鲁米诺和双氧水h2o2的4-羟乙基哌嗪乙磺酸hepes缓冲液中，混合均匀，检测化学发光强度；

22、鲁米诺溶液本身不会发光，而v-tcpp(fe)能催化鲁米诺与过氧化氢发生反应，显示出蓝色的光。

23、根据化学发光强度，建立毒死蜱浓度和化学发光强度的对应关系；

24、将上述的一体化复合材料v-tcpp(fe)/ache@zif-8加入到待测溶剂中，混合均匀，孵育后加入atch，再孵育后同上加入到含有鲁米诺和h2o2的hepes缓冲液中，检测化学发光强度，并计算出毒死蜱浓度，即得。

25、第五个方面，提供了一种双信号快速、便携检测毒死蜱浓度的v-tcpp(fe)/ache@zif-8水凝胶贴片的制备方法，包括：

26、以聚乙烯醇pva和蔗糖为原料，搅拌加热一段时间，冷却后加入上述方法合成的v-tcpp(fe)/ache@zif-8材料、tmb和ca-na2hpo4缓冲液，完全混合后倒入膜具，凝固后即得比色凝胶贴片。

27、以聚乙烯醇pva和蔗糖为原料，搅拌加热一段时间，冷却后加入上述方法合成的v-tcpp(fe)/ache@zif-8、鲁米诺和hepes缓冲溶液，完全混合后倒入膜具，凝固后即得化学发光凝胶贴片。

28、配置含不同毒死蜱浓度的溶液，作为标准溶液；喷洒少许标准溶液在比色/化学发光贴片上，孵育后滴加乙酰硫代胆碱atch，再孵育后滴加双氧水h2o2，观察贴片显色/发光情况。最后，通过智能手机收集凝胶贴片的图像，建立毒死蜱浓度和rgb的对应关系。

29、取少许待测溶剂，喷洒在上述的比色/化学发光贴片，孵育后滴加atch，再孵育后滴加h2o2，观察贴片显色/发光情况。最后，通过智能手机收集凝胶贴片的图像，建立毒死蜱浓度和rgb的对应关系，检测rgb值，计算出毒死蜱浓度，即得。

30、本发明的有益效果为：

31、1.v-tcpp(fe)/ache@zif-8复合材料的合成过程简单，用时少，原料廉价易得，具有普适性，易于规模化生产；实现了一锅合成的两步级联反应。

32、2.v2ctx-mxene金属前驱体和铁卟啉fe-tcpp配体决定了其过氧化物酶活性十分突出。合成的复合材料v-tcpp(fe)/ache@zif-8检测ops时，紫外吸光度和化学发光强度的幅度大、比表面积大、灵敏度高、检测限低，检测范围广，便于保存。

33、3.开发了ops超灵敏生物传感平台。将v-tcpp(fe)/ache@zif-8引入到与智能手机集成的凝胶生物传感器中，实现果蔬ops的实时可视化比色/化学发光双信号检测。该策略不仅制备了具有良好的过氧化物酶催化活性和酶-纳米酶共包封的非均相级联体系，而且为生物传感领域拓宽生物级联催化的应用铺平了道路。