Page 215 - 《精细化工》2023年第12期

第 12 期 谢碧梅，等: 高活性 Cu-MnO 2 类氧化物纳米酶降解罗丹明 B ·2757·

少 [21] ，制备温度为 70 ℃的类酶活性最佳。按 1.2 节
步骤，在 Cu 掺杂量为 10%、温度为 70 ℃条件下，考
察制备时间对 Cu-MnO 2 类氧化物酶活性的影响，结果
见图 5e，随着反应时间的延长，类酶活性呈先升高后
降低的趋势，但反应时间过长导致 Cu-MnO 2 的晶粒尺
寸增大，其类酶活性减小（图 5e） [3,28] 。简而言之，当

Cu 掺杂量为 10%，70 ℃下反应 3 h 制备的 Cu-MnO 2
类酶活性最佳，后期对类酶活性条件的优化和催化
降解 RhB 均使用最佳条件制备的 Cu-MnO 2 。
同样，按 1.3 节方法，研究体系中 Cu-MnO 2 质量浓
度（0.1~1.2 g/L）、pH（2.0~7.0）、孵育温度（20~60 ℃）
对 Cu-MnO 2 类氧化物酶活性的影响，结果见图 6a~c。
由图 6a 可见，在 pH 为 4.0、孵育温度为 30 ℃
时，随着 Cu-MnO 2 质量浓度的增加，吸光度逐渐增
强，当 Cu-MnO 2 质量浓度超过 1.0 g/L 时，吸光度
变化幅度不大，因此，选择质量浓度为 1.0 g/L 的
Cu-MnO 2 进行后续实验。在 Cu-MnO 2 的质量浓度为
1.0 g/L、孵育温度为 30 ℃时，不同 pH 条件下，纳
米酶表面的电荷状态会发生变化，进而影响纳米酶
与底物之间的相互作用 [29] 。由图 6b 可见，当 pH 为
4.0 时，溶液在 652 nm 处吸光度最大；在 pH=3.0~6.0
较宽的范围内 Cu-MnO 2 仍能保持较好的类酶活性，
这主要是由于 Cu-MnO 2 类氧化物酶的底物 TMB 是有
机物质，在酸性条件下失去电子生成蓝色的氧化产物
ox-TMB；当 pH 降至 2.0、3.0 后，TMB 被催化氧化
产生黄色的二亚胺物质，在 450 nm 处有特征峰 [29] 。
由图 6c 可见，在 Cu-MnO 2 质量浓度为 1.0 g/L、pH 为
4.0，Cu-MnO 2 在 20~45 ℃内类酶活性基本稳定；当
孵育温度为 25 ℃时，Cu-MnO 2 类酶活性最高；当 图 6 Cu-MnO 2 在不同酶活测定条件下的 UV-Vis 吸收谱
孵育温度为 50 ℃时，Cu-MnO 2 类酶活性略微降低。 图（插图为不同条件下催化氧化 TMB 的颜色变化)：
动力学结果表明（图 6d、表 2），Cu-MnO 2 与 TMB Cu-MnO 2 质量浓度（a）、pH（b）、温度（c）和稳
态动力学拟合线（d）
底物的催化反应遵循 Michaelis-Menten 方程，采用
Fig. 6 UV-Vis adsorption spectra of enzyme activity of
Lineweaver-Burk 作图法绘制底物 TMB 浓度和反应 Cu-MnO 2 (Inset shows the color change of catalytic
速率双倒数曲线，分别求得 Cu-MnO 2 类氧化物酶对 oxidation of TMB under different conditions): Cu-MnO 2
TMB 的米氏常数（K m ）和最大反应速率（υ max ）， mass concentration (a), pH (b), temperature (c) and
steady-state kinetic analysis (d)
可以看出，Cu-MnO 2 的 K m 低于其他类氧化酶活性
材料，表明其与底物的亲和力较强。此外，Cu-MnO 2 表 2 Cu-MnO 2 和其他类酶材料 TMB 稳态动力学拟合参
具有更高的υ max ，说明其具有更高的催化效率。 数的比较
Table 2 Comparison of the steady-state kinetic fitting parameters
toward TMB of Cu-MnO 2 and other oxidase-like materials
比较
参考
材料 K m/ υ max/[mmol/
底物 文献
(mmol/L) (L·min)]
HRP TMB 6.60 [30]
MnO 2 TMB 0.0314~0.378 0.0804~0.441 [19]
MnO 2 TMB 0.1067 0.0186 [31]
TMB 0.113 0.0118 [32]
Fe 3O 4@C@MnO 2
Cu-MnO 2 TMB 0.0598 1.417 本文
注：HRP 为辣根过氧化物酶。