稀土配位聚合物熒光探針的制備方法及其H₂O₂和葡萄糖檢測(cè)應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土配位聚合物熒光探針的制備方法及其H2O2和葡萄糖檢測(cè)應(yīng)用，屬于光學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域。將三磷酸腺苷與含Ce3+的Tris?HCl緩沖溶液混合制備稀土配位聚合物熒光探針ATP?Ce?Tris。當(dāng)溶液中存在H2O2時(shí)，ATP?Ce?Tris中的Ce3+被H2O2氧化為Ce4+，導(dǎo)致ATP?Ce?Tris的熒光猝滅，實(shí)現(xiàn)了對(duì)H2O2的檢測(cè)。利用葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖產(chǎn)生的H2O2對(duì)ATP?Ce?Tris的熒光猝滅，還實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的簡(jiǎn)單和靈敏性檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
稀土配位聚合物熒光探針的制備方法及其H2O2和葡萄糖檢測(cè)應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土配位聚合物熒光探針的制備方法及其H2O2和葡萄糖檢測(cè)應(yīng)用，屬于光學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土元素鈰因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的光電性質(zhì)，特別是其突出的催化性能以及自由基清除能力。兩種價(jià)態(tài)(Ce3+，Ce4+)的存在，以及這兩種價(jià)態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)換，使稀土鈰化合物成為一種性能良好的抗氧化劑。其中納米氧化鈰的抗氧化效應(yīng)和生物抗氧化機(jī)理通過(guò)摻雜的Sm3+所驗(yàn)證，研究結(jié)果表明，Ce3VCe4+之間的氧化還原反應(yīng)是這種獨(dú)特的抗氧化性的主要因素?；谙⊥龄伝衔锏倪@種特殊性能，Maryna Ornatska等人報(bào)道了采用氧化鈰比色探針用于葡萄糖的檢測(cè)。該探針主要是利用了葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化氧化作用下生成的H2O2可使氧化鈰中的Ce3+氧化成Ce4+，同時(shí)發(fā)生顏色的變化，以顏色變化為輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)葡萄糖的比色法檢測(cè)。另外，Ce02/Ti02納米管復(fù)合納米材料，T12OCeOx核殼納米材料，CeP(k: Tb，Gd中空納米球等一系列鋪基納米材料也相繼用于H2O2的檢測(cè)。然而，這些鈰基納米材料都屬于無(wú)機(jī)納米材料，以它們?yōu)楸壬结槞z測(cè)H2O2時(shí)，往往需要引入3，3，5，5_四甲基聯(lián)苯二胺、2’-聯(lián)氨-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸或熒光素等有機(jī)氧化還原染料分子為信號(hào)分子，再利用這些信號(hào)分子的顏色變化實(shí)現(xiàn)H2O2的檢測(cè)。這些間接檢測(cè)方法通常靈敏度較低，同時(shí)有機(jī)染料分子的使用還會(huì)大大限制這些探針的生物應(yīng)用。
[0003]稀土配位聚合物由于其獨(dú)特的光學(xué)性能和固有的多孔結(jié)構(gòu)得到快速發(fā)展，作為一種多功能材料廣泛應(yīng)用于催化、化學(xué)傳感以及生物成像領(lǐng)域。稀土配位聚合物通常由大量的稀土離子與有機(jī)配體組成，其中有機(jī)配體往往作為一種“天線(xiàn)”敏化稀土離子的發(fā)光。然而，稀土離子Ce3+的熒光來(lái)自于4f-5d躍迀，雖然其4f電子被外層的5s2和5p6殼有效屏蔽，但是其5d電子對(duì)配體非常敏感，很多有機(jī)配體可通過(guò)與Ce3+配位淬滅其熒光。因此，尋找合適的有機(jī)配體與Ce3+配位，得到熒光型鈰基納米材料具有重要意義。
[0004]研究表明，單磷酸脫氧鳥(niǎo)苷酸分子可以有效地敏化稀土離子Tb3+的發(fā)光，生成發(fā)光型稀土配位聚合物納米材料。而三磷酸腺苷(ATP)作為一種生物體內(nèi)普遍存在的能量貨幣，在細(xì)胞新陳代謝中起到至關(guān)重要的作用。同時(shí)，這種生物兼容性的ATP分子結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)功能團(tuán)，可與金屬離子發(fā)生配位。由于磷酸基團(tuán)對(duì)稀土離子具有很強(qiáng)的親和性，ATP分子可作為一種優(yōu)良的稀土元素鈰的配體，從而得到一種鈰基配位聚合納米材料。到目前為止，尚未見(jiàn)以ATP分子為配體與稀土離子進(jìn)行自組裝合成稀土配位聚合物納米粒子的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種稀土配位聚合物熒光探針的制備方法及其H2O2和葡萄糖檢測(cè)應(yīng)用，該方法制備稀土配位聚合物熒光探針具有簡(jiǎn)單、綠色、高效的特點(diǎn)，且可用于H2O2和葡萄糖的快速和靈敏檢測(cè)。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種稀土配位聚合物熒光探針的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)將0.2 mL三磷酸腺苷與1.6 mL三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖溶液混合，再加入ImL 8 mM的Ce(N03)3.6H2O水溶液，室溫下以300 rpm/min的速率緩慢攪拌I min，形成白色沉淀；
(2)將步驟(I)所得白色沉淀以16000rpm/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，再用超純水清洗，重復(fù)離心和清洗3次后，將所得沉淀分散于2 mL超純水中，制成ATP-Ce-Tris稀土配位聚合物熒光探針。
[0007]作為優(yōu)選，步驟(I)中，所述的三磷酸腺苷的濃度為10mM;所述的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖溶液的濃度為50 mM，pH為7.4。步驟(2)中，制備的ATP-Ce-Tris稀土配位聚合物熒光探針的濃度為4 mM。
[0008]本發(fā)明還涉及稀土配位聚合物熒光探針的H2O2和葡萄糖檢測(cè)應(yīng)用:將將20yLATP-Ce-Tris、40 yL 50 mM pH 7.4的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖溶液和不同濃度的H2O2混合，加入超純水使測(cè)試溶液總體積至200 yL，室溫反應(yīng)25 min，測(cè)量激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)溶液的熒光，隨著H2O2濃度的增加，ATP-Ce-Tris的熒光逐漸減小，熒光強(qiáng)度變化率與H2O2濃度的對(duì)數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系，可用于對(duì)H2O2的靈敏檢測(cè)。此外，將20 yL ATP-Ce-Tris、10 yL 0.05mg mL—1的葡萄糖氧化酶、40 yL 50 mM pH 7.4的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖溶液和不同濃度的葡萄糖混合，加入超純水使測(cè)試溶液總體積至200 yL，并在37 °C孵育60 min，測(cè)量激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)溶液的熒光，隨著葡萄糖濃度的增加，ATP-Ce-Tr i s的熒光逐漸減小，熒光強(qiáng)度變化率與葡萄糖濃度的對(duì)數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系，可用于對(duì)葡萄糖的靈敏檢測(cè)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明將三磷酸腺苷與含Ce3+的Tris-HCl緩沖溶液混合即可制備稀土配位聚合物熒光探針ATP-Ce-Tris。當(dāng)溶液中存在H2O2時(shí)，ATP-Ce-Tris中的Ce3+被H2O2氧化為Ce4+，導(dǎo)致ATP-Ce-Tris的熒光下降，ATP-Ce-Tris的熒光變化率與H2O2的濃度呈正相關(guān)，根據(jù)ATP-Ce-Tr i s的熒光強(qiáng)度可判斷H2O2的濃度。此外，將ATP-Ce-Tr i s、葡萄糖氧化酶和葡萄糖混合，葡萄糖氧化酶可催化氧化葡萄糖產(chǎn)生H2O2，產(chǎn)生的H2O2使ATP-Ce-Tris的熒光下降，ATP-Ce-Tris的熒光變化率與葡萄糖的濃度呈正相關(guān)，根據(jù)ATP-Ce-Tris的熒光強(qiáng)度可判斷葡萄糖的濃度，該方法具有穩(wěn)定、靈敏度高及選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是ATP-Ce-Tris，ATP-Ce，Ce-Tris和Ce(NO3)3的熒光光譜圖，濃度均為0.4mM,激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm。
[0011]圖2是 ATP-Ce-Tris 的 SEM 圖。
[0012]圖3是加入H2O2前后ATP-Ce-Tris的熒光光譜圖。
[0013]圖4是加入H2O2前后ATP-Ce-Tri s的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖。
[0014]圖5是(a) ATP-Ce-Tris對(duì)H2O2檢測(cè)的熒光光譜圖。H2O2濃度分別為O，I nM，10nM, 100 nM, I μΜ, 5 μΜ, 10 μΜ, 40 μΜ和80 μΜ;ATP-Ce-Tris濃度為0.4 mM,激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm0(b)為ATP-Ce-Tris的熒光強(qiáng)度變化率-H2O2濃度曲線(xiàn)圖。
[0015]圖6是(c)ATP-Ce-Tris對(duì)葡萄糖檢測(cè)的熒光光譜圖。葡萄糖濃度分別為O，0.1，
0.5, I, 3，5，10，40，80和 100 yM，ATP-Ce-Tris濃度為0.4 mM,激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm；(d)為ATP-Ce-Tris的熒光強(qiáng)度變化率-葡萄糖濃度曲線(xiàn)圖。
[0016]圖7是ATP-Ce-TridWe)H2O2和⑴葡萄糖檢測(cè)的選擇性的示意圖。H2O2的濃度為10 μΜ，葡萄糖的濃度為50 μΜ，干擾物質(zhì)濃度均為100 μΜ。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
ATP-Ce-Tris的制備:將0.2 mL 10 mM的三磷酸腺苷(ATP)與1.6 mL 50 mM pH 7.4的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(Tris-HCl)緩沖溶液混合，再加入I mL 8 ml^Ce(N03)3*6H2(^K溶液，室溫下以300 rpm/min的速率緩慢攪拌I min，形成白色沉淀。將白色沉淀以16000rpm/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，再用超純水清洗，重復(fù)離心和清洗3次后，將所得沉淀分散于2mL超純水中，制成ATP-Ce-Tris稀土配位聚合物熒光探針。
[0018]采用熒光光譜對(duì)ATP-Ce-Tris、ATP_Ce、Ce_Tris和Ce(NO3)3進(jìn)行熒光性能表征，結(jié)果如圖1所示。在310 nm波長(zhǎng)的光激發(fā)下，Ce(N03)3水溶液的焚光發(fā)射峰位于350 nm處；當(dāng)ATP、Tris和Ce3+混合后，得到的ATP-Ce-Tris的熒光發(fā)射峰增強(qiáng)了約2倍，且熒光峰紅移至370 nm。采用掃描電子顯微鏡對(duì)ATP-Ce-Tris的形貌進(jìn)行表征(圖2) ,ATP-Ce-Tris的粒徑約為10-30 nm?？疾炝思尤際2O2前后ATP-Ce-Tris的熒光光譜變化，結(jié)果如圖3所示，ATP-Ce-Tris 有強(qiáng)熒光發(fā)射峰， 而當(dāng)在 ATP-Ce-Tris 中加入 10 μΜ H2O2后，ATP-Ce-Tris的熒光強(qiáng)度明顯降低，熒光猝滅率達(dá)到71%。由加入H2O2前后ATP-Ce-Tris的紫外可見(jiàn)吸收光譜(圖4)可見(jiàn)，向ATP-Ce-Tris中加入10 μΜ H2O2后，在400 nm左右出現(xiàn)了新的吸收峰，對(duì)應(yīng)于Ce4+的特征吸收。以上結(jié)果表明，通過(guò)本發(fā)明方法成功合成了 ATP-Ce-Tris稀土配位聚合物熒光探針。
[0019]實(shí)施例2
稀土配位聚合物熒光探針用于檢測(cè)H2O2和葡萄糖
(I)檢測(cè)H2O2:將20 yL 4 mM的ATP-Ce-Tris、40yL 50 mM pH 7.4的Tris-HCl和不同濃度的H2O2混合，加入超純水使測(cè)試溶液總體積至200 yL，室溫反應(yīng)25 min，測(cè)量激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)溶液的熒光。圖5a為ATP-Ce-Tris對(duì)H2O2檢測(cè)的熒光光譜圖，隨著H2O2濃度的增加，ATP-Ce-Tris中的發(fā)射熒光的Ce3+逐漸被H2O2氧化成無(wú)熒光的Ce4+，導(dǎo)致ATP-Ce-Tris的熒光強(qiáng)度逐漸減小，ATP-Ce-Tris的熒光強(qiáng)度變化率(l-F/Fo)與H2O2濃度的對(duì)數(shù)在I ηΜ_80 μΜ范圍內(nèi)呈良好的線(xiàn)性關(guān)系(圖5b)，檢出限為0.6 nM，可實(shí)現(xiàn)H2O2的靈敏檢測(cè)。
[0020](2)檢測(cè)葡萄糖:將20 yL 4 mM的ATP-Ce_Tris、10 yL 0.05 mg mL—1 的葡萄糖氧化酶、40 yL 50 mM pH 7.4的Tris-HCl和不同濃度的葡萄糖混合，加入超純水使測(cè)試溶液總體積至200 yL，并在37 °C孵育60 min，測(cè)量激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)溶液的熒光。圖6c為ATP-Ce-Tris對(duì)葡萄糖檢測(cè)的熒光光譜圖，隨著葡萄糖濃度的增加，ATP-Ce-Tris的熒光逐漸減小，1-F/Fo與葡萄糖濃度的對(duì)數(shù)在0.1-100 μΜ范圍內(nèi)呈良好的線(xiàn)性關(guān)系(圖6d)，檢出限為
0.064 PM，與文獻(xiàn)報(bào)道的氧化鈰基葡萄糖傳感器相比，本方法對(duì)葡萄糖的檢測(cè)降低了 1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0021]實(shí)施例3
考查了ATP-Ce-Tris對(duì)H2O2和葡萄糖檢測(cè)的選擇性(圖7)。由圖7e可見(jiàn)，ATP-Ce-Tris對(duì)H2O2檢測(cè)時(shí)，干擾離子包括K+，Na+，Ca2+，Mg2+，PO43—，SO42—，C032—，Cl—, Ac—等均沒(méi)有響應(yīng)。由圖7f可見(jiàn)，ATP-Ce-Tris對(duì)葡萄糖檢測(cè)時(shí)，干擾離子包括陽(yáng)離子(K+，Na+，Ca2+，Mg2+ )和糖類(lèi)物質(zhì)(乳糖(lac)，蔗糖(sue)，果糖(fru)，甘露糖(man))等均沒(méi)有響應(yīng)。以上結(jié)果表明，本發(fā)明構(gòu)建的稀土配位聚合物熒光探針ATP-Ce-Tris對(duì)H2O2和葡萄糖檢測(cè)均具有良好的選擇性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.稀土配位聚合物熒光探針的制備方法，其特征在于所述制備方法包括以下步驟: (1)將0.2 mL三磷酸腺苷與1.6 mL三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖溶液混合，再加入ImL 8 mM的Ce(N03)3.6H2O水溶液，室溫下以300 rpm/min的速率緩慢攪拌I min，形成白色沉淀； (2)將步驟(I)所得白色沉淀以16000rpm/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，再用超純水清洗，重復(fù)離心和清洗3次后，將所得沉淀分散于2 mL超純水中，制成ATP-Ce-Tris稀土配位聚合物熒光探針。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土配位聚合物熒光探針的制備方法，其特征在于步驟(I)中，所述的三磷酸腺苷的濃度為10 mM。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土配位聚合物熒光探針的制備方法，其特征在于步驟(I)中，所述的三輕甲基氨基甲燒鹽酸鹽緩沖溶液的濃度為50 mM，pHS7.4。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土配位聚合物熒光探針的制備方法，其特征在于步驟(2)中，制備的ATP-Ce-Tris稀土配位聚合物熒光探針的濃度為4 mM。5.如權(quán)利要求1所制備的稀土配位聚合物熒光探針的H2O2和葡萄糖檢測(cè)應(yīng)用，其特征在于，將20 yL ATP-Ce-Tris、40 yL 50 mM pH 7.4的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖溶液和不同濃度的H2O2混合，加入超純水使測(cè)試溶液總體積至200 yL，室溫反應(yīng)25 min，測(cè)量激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)溶液的熒光，隨著H2O2濃度的增加，ATP-Ce-Tris的熒光逐漸減小，熒光強(qiáng)度變化率與H2O2濃度的對(duì)數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系，可用于對(duì)H2O2的靈敏檢測(cè)； 此外，將20 yL ATP-Ce-Tris、10 yL 0.05 mg mL—1 的葡萄糖氧化酶、40 yL 50 mM pH.7.4的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖溶液和不同濃度的葡萄糖混合，加入超純水使測(cè)試溶液總體積至200 yL，并在37 °C孵育60 min，測(cè)量激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)溶液的熒光，隨著葡萄糖濃度的增加，ATP-Ce-Tris的熒光逐漸減小，熒光強(qiáng)度變化率與葡萄糖濃度的對(duì)數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系，可用于對(duì)葡萄糖的靈敏檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK105949473SQ201610320715
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】邱建丁, 曾慧慧, 梁汝萍
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)