基于对铂纳米粒子过氧化物模拟酶活性的抑制检测碘离子

路丽霞 王洋+蔺晓晓+李欣瑶+辛梦娜

摘要合成了柠檬酸钠保护的铂纳米粒子（PtNPs），其具有类过氧化物酶活性，可催化四甲基联苯胺（TMB）和过氧化氢的反应，产生有色产物；而碘离子（I

Symbolm@@ ）对铂纳米粒子的催化活性具有明显的抑制作用，一定范围内随着I

Symbolm@@ 浓度的增加，抑制作用逐渐增强，基于此构建了一种简单、快速测定I

Symbolm@@ 的比色传感方法。I

Symbolm@@ 的肉眼识别可在几秒内完成，定量检测可在10 min之内完成。此方法灵敏度高，检出限为8 nmol/L，检测范围较宽，为20～5000 nmol/L。相对于以纳米粒子的聚沉分散为基础的比色法，此方法不需要纳米粒子的表面修饰，没有复杂的有机合成过程，操作简便、成本低。将此方法成功用于实际食盐样品和水样中I

Symbolm@@ 的检测，效果良好。

关键词铂纳米粒子；过氧化物模拟酶活性；碘离子；催化活性

1引 言

作为人体必需的微量元素，碘在多种生化反应中起关键作用，如神经活动和甲状腺功能[1]。体内碘缺乏导致的诸如呆小症和地方性甲状腺肿等疾病是许多发展中国家普遍存在的公共卫生问题[2]。因此，大多数国家都采用了碘的补充和监测项目。然而，碘过量摄入也会对甲状腺造成不良影响[3]。

目前，多种分析技术已被报道用于碘离子（I

Symbolm@@ ）的检测，包括毛细管电泳[4]、液液微萃取[5]、电化学法[6]及离子色谱法[7]等。然而这些方法通常需要昂贵的仪器和专业的操作人员，且检测时间长，难以满足实际监管中快速、高效、低成本的检测要求[8]。近年来，纳米材料的发展为离子检测提供了新的传感平台，尤其是以金纳米粒子为探针的比色法由于操作方便、直观可视而备受青睐[9～12]。但这种方法通常检测范围窄或灵敏度不够高，并且需要对金纳米粒子的表面进行特殊的修饰[13～16]。如Lee等利用Cu2+催化的点击化学反应制备了三唑乙酰胺修饰的金纳米粒子用于比色法检测I

Symbolm@@ [17]，修饰过程复杂且检测范围窄。因此，发展简单、灵敏的比色传感体系用于检测I

Symbolm@@ 检测具有重要的应用价值。

自2007年，Gao等[18]发现Fe3O4纳米粒子具有过氧化物模拟酶活性以来，纳米材料过氧化物模拟酶在催化领域的研究不断深入，各种无机纳米材料包括金纳米簇、石墨烯、硅量子点、纳米氧化铜等均被发现具有模拟酶活性[19～22]，与天然酶相比，纳米模拟酶具有制备、纯化和储存容易，且价格低廉等优点， 使用条件要求不严格且稳定性好[23]。近几年，纳米材料过氧化物模拟酶被广泛用于金属离子及小分子检测[24～27]。如Zhang等[25]利用Hg2+对rGO/PEI/Pd纳米复合材料过氧化酶活性的增强作用，实现了超灵敏检测Hg2+；Zheng等[27]利用石墨烯量子点的过氧化物酶活性检测过氧化氢及谷胱甘肽等。然而，纳米模拟酶用于阴离子检测的报道很少[20， 28]。Ray的研究组[20]报道了溴化石墨烯用于S2

Symbolm@@ 的检测。目前为止，还未见利用纳米粒子的类过氧化物酶活性检测I

Symbolm@@ 的报道。

铂纳米材料一直被作为优良的催化剂使用，铂纳米粒子具有类过氧化物酶活性，可催化H2O2和TMB的反应，引起体系从无色变成蓝色[29]。而I

Symbolm@@ 可抑制其催化活性，使溶液颜色变浅，基于此建立了I

Symbolm@@ 的比色传感体系，用于I

Symbolm@@ 的检测快速、操作简单、成本低，并成功用于食盐样品和自来水中I

Symbolm@@ 的检测，在食品安全监管等领域具有良好的应用前景。

2实验部分

21仪器与试剂

Nano Drop 2000c超微量紫外可见吸收光谱（美国Thermo公司）。六水合氯铂酸和过氧化氢（H2O2）购于北京国药集团；四甲基联苯胺（TMB，上海黄永生物科技有限公司）；其它试剂均为国产分析纯试剂。实验用水由MilliQ纯水系统（美国Millipore公司）制备的超纯水（182 MΩ·cm）。实验环境温度为20℃。TMB储备液（5 mmol/L）以乙醇为溶剂配制。

22铂纳米粒子的合成[30]

取100 mL 1 mmol/L氯铂酸溶液，在剧烈搅拌下加热使其沸腾。之后迅速加入10 mL 388 mmol/L柠檬酸钠溶液，继续加热搅拌保持沸腾30 min，溶液变成黑色，停止加热，继续搅拌10 min，冷却至室温得铂纳米粒子，4℃保存备用。

23碘离子的检测

向200 μL乙酸乙酸钠缓冲溶液（50 mmol/L、pH 44）中加入5 μL 铂纳米粒子、100 μL 50 mmol/L H2O2以及不同浓度的I

Symbolm@@ 和200 μL 5 mmol/L TMB溶液，补水至总体积为1 mL，混合后静置反应2 min，用紫外可见分光光度计测定吸收曲线以及650 nm处吸光度。

24实际样品中碘离子的检测

称量141 g市售加碘食盐，加入约30 mL水、1 mL HCl （01 mol/L）和04 mL 30% H2O2，混合均匀，反应10 min后将混合物煮沸去除多余的H2O2[31]。冷却后，取10 mL，用水定容至100 mL，备用。按23节方法加入食盐样品后，测定体系的吸光度值，计算碘浓度。自来水可直接测定其中的I

Symbolm@@ 浓度。

3结果与讨论

31检测原理

检测原理如图1所示。柠檬酸保护的铂纳米粒子具有类过氧化物酶活性，可催化TMB与H2O2的顯色反应，使溶液呈蓝色。向体系中加入Iendprint

Symbolm@@ 后，可明显抑制显色反应的进行，导致溶液颜色变浅。基于此建立了I

Symbolm@@ 的识别体系，通过测量体系紫外可见吸收光谱的变化定量测定I

Symbolm@@ 的浓度。

从TEM照片（图2）可见，合成的铂纳米粒子的粒径约为（25±05） nm。为了验证所设计的检测方案，测定了体系的紫外可见吸收光谱。如图3所示，TMBH2O2体系紫外吸收很弱，但加入铂纳米粒子后，在650 nm处的吸收峰明显增大，此吸收峰为TMB氧化产物的吸收峰[29]，说明铂纳米粒子对TMB和H2O2的反应有明显的催化作用，表现出过氧化物模拟酶的性质。加入05 μmol/L I

Symbolm@@ 后，650 nm处的吸收峰强度明显减小，表现出对过氧化物模拟酶活性的抑制作用；加入2 μmol/L I

Symbolm@@ ，吸收峰强度进一步减弱，说明不同浓度的I

Symbolm@@ 对铂纳米粒子过氧化物酶活性的抑制程度不同，因此可對其进行定量检测。

酸性条件下，H2O2可与I

Symbolm@@ 发生氧化还原反应，也可能抑制显色反应。因此，考察了反应物的添加顺序对实验结果的影响，如图4b、4c及4d所示，反应物的不同添加顺序对实验结果基本无影响。因H2O2与I

Symbolm@@ 间氧化还原反应的进行需要较长的时间[32]，而在本实验中I

Symbolm@@ 的识别在几秒钟就可以完成，且各试剂的添加顺序对实验结果无影响，说明溶液颜色变浅不是I

Symbolm@@ 与H2O2发生反应导致的。而纳米粒子的性质与其表面状态密切相关，柠檬酸根作为保护剂松散地结合在铂纳米粒子表面，很容易被置换下来。因此推测可能因为I

Symbolm@@ 置换出铂纳米粒子表面的柠檬酸根，导致其表面状态发生变化，从而抑制了铂纳米粒子的催化作用[33]。

Symbolm@@ +TMB+H2O2， （d） PtNPs+20 μmol/L I

Symbolm@@ +TMB+H2O2

32pH值的影响

溶液的pH值可能对纳米材料的过氧化物酶活性产生很大影响，进而影响其与目标物间的相互作用[20]。本研究表明PtNPs的催化活性与溶液的pH值密切相关，pH值可能影响I

Symbolm@@ 的检测。考察了缓冲液的pH值对检测的影响。TMB与过氧化氢的显色反应一般在酸性条件下进行，因此选择醋酸缓冲液进行考察，发现CH3COO

Symbolm@@ 对铂纳米粒子的催化作用基本无影响。测定了加入I

Symbolm@@ 前后溶液的吸光度，两者相差越大说明检测的灵敏度越高，实验结果如图5所示。在pH=44时，加入I

Symbolm@@ 引起的吸光度差值△A650最大。因此选择本实验的最佳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

在最佳实验条件下，测定了不同浓度I

Symbolm@@ 存在时，溶液的吸光度曲线（图6）。如图6A所示，随着I

Symbolm@@ 浓度增大，溶液颜色溶液由蓝色逐渐变浅，最终变为无色，可通过裸眼定性判断I

Symbolm@@ 是否存在。从图6B可见，体系在650 nm处的吸吸收值不断减小，说明铂纳米粒子的催化活性被逐渐抑制。650 nm处的吸收值A650 对I

Symbolm@@ 浓度的标准曲线如图6C所示，在20～5000 nmol/L浓度范围内，随着I

Symbolm@@ 浓度增大，A650不断减小，I

Symbolm@@ 浓度与A650呈线性关系，y=0925-8307x（nmol/L），相关系数R2=09966，检出限为8 nmol/L （S/N=3）。

图6不同浓度I

Symbolm@@ 对铂纳米粒子催化作用的影响：不同I

Symbolm@@ 浓度下（A）比色照片；（B）溶液的吸收曲线；（C）标准曲线，插图是线性关系图

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）

将本方法与其它以纳米材料为探针的比色传感方法进行比较（表1），可见本方法对I

Symbolm@@ 的检测范围更宽， 检出限相对较低，且本方法操作简单、快速，适于常规的快速检测和监管。

34干扰实验

考察了其它常见的阴、阳离子对I

Symbolm@@ 检测的干扰，结果如图7所示。虽然其它离子的浓度（100 μmol/L）远高于Iendprint

Symbolm@@ （2 μmol/L），除Br

Symbolm@@ 、Pb2+、Cu2+、Ca2+对铂纳米的催化活性有轻微抑制作用，其它离子均未引起显色反应明显的变化，说明本方法具有较好的选择性。

35实际样品检测

将此方法用于实际样品中I

Symbolm@@ 的检测，结果如表2所示。加碘盐中测得I

Symbolm@@ 含量为1695 μg/g，与包装信息上实际含量18 μg/g基本吻合。自来水中未检测到I

Symbolm@@ ，加标回收实验的回收率为900%～1080%。

4结 论

考察了I

Symbolm@@ 对铂纳米粒子催化作用的影响。铂纳米粒子催化TMBH2O2的反应产生有色产物，I

Symbolm@@ 可以抑制铂纳米的催化活性。在最佳实验条件下，通过肉眼观察溶液颜色变化便可对I

Symbolm@@ 作出定性识别，通过吸收光谱的变化可以进行I

Symbolm@@ 的定量測定。此检测体系简单经济，与金纳米粒子比色法相比，此方法不需要复杂的表面修饰，且检测灵敏度更高。

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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