CN115746325A - 基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品检测技术领域,具体涉及一种基于纳米金‑金属有机框架材料的生物传感器构建方法,以及该生物传感器的应用。为了能够超灵敏快速检测痕量BPA,本发明首先制备AuNPs和AuNPs‑Apt复合物,然后制备荧光金属有机框架材料NH2‑MIL‑125(Ti)和荧光探针(NH2‑MIL‑125(Ti)/AuNPs‑Apt),从而构建一种基于纳米金‑金属有机框架材料的生物传感器。
Description
技术领域
本发明属于食品检测技术领域,具体涉及一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,以及该生物传感器的应用。
背景技术
荧光传感器是一种新型的荧光检测技术,它能够将目标分子浓度的变化转换为相应荧光信号的强弱变化,从而实现对目标分子浓度的检测。这种新型荧光传感器具有构建方法简单、分析速度快、灵敏度高的优点,有利于快速检测方法的构建。作为一种重要的化工有机原料,双酚A(BPA)可通过各类食品包装材料、奶瓶、水杯、餐具,甚至是最常见的水被人体接触到,导致人体内分泌失调,代谢紊乱,甚至威胁胎儿和儿童的健康。因此,开发一种超灵敏快速检测痕量BPA的方法对于BPA的监控以及人类健康有重大意义。
BPA适配体通过Au-S键连接到纳米金表面,形成纳米金-适配体(AuNPs-Apt)。NH2-MIL-125(Ti)是一种钛基荧光金属有机框架材料,NH2-MIL-125(Ti)的高度多孔和扩展的3D结构,能使AuNPs-Apt吸附到NH2-MIL-125(Ti)上形成NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt复合物。AuNPs因摩尔吸光系数大、能带宽而具有强烈的荧光猝灭功能,NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt复合物形成后NH2-MIL-125(Ti)的荧光被猝灭,此时体系的荧光为背景荧光。由于NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt复合物荧光传感检测体系中BPA适配体对BPA具有特异性识别与结合功能,当目标物存在时,AuNPs-Apt复合物特异性识别BPA,从NH2-MIL-125(Ti)上脱落,无法发挥猝灭效应,检测体系荧光恢复。这是将荧光NH2-MIL-125(Ti)应用于turn-on型适配体荧光传感器的首次尝试,实验操作简单,稳定性好,操作重复性强,有利于现场快速检验。
发明内容
针对现有BPA检测技术的缺点和瓶颈问题,本发明的目的在于提供一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器的制备方法和应用。本发明首先制备AuNPs和AuNPs-Apt复合物,然后制备荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti)和荧光探针(NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt),从而构建一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器。本发明制备的传感器可用于BPA的高选择性、高灵敏度检测。
为了达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:
一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,包括以下步骤:
步骤1:采用柠檬酸三钠还原氯金酸法制备纳米金溶液;
步骤2:将二硫键官能化的适配体溶液与三(2-羧乙基)膦溶液混合,加入纳米金溶液和PBS缓冲溶液静置过夜,得到适配体修饰的纳米金;
步骤3:采用水热合成法制备荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti);
步骤4:将NH2-MIL-125(Ti)分散在超纯水中,并与适配体修饰的纳米金超声混匀,离心收集产物,然后用超纯水稀释,得到荧光探针;
步骤5:将得到的荧光探针与双酚A孵育,用于构建生物传感器。
进一步,所述步骤1中采用柠檬酸三钠还原氯金酸法制备纳米金溶液,具体步骤为:
向煮沸的去离子水中加入柠檬酸三钠溶液,再次煮沸,在强搅拌条件下,迅速加入氯金酸溶液,反应液颜色由无色变为紫色,最终转变为酒红色,再继续加热,在连续搅拌的情况下冷却至室温,得到所述纳米金溶液。
再进一步,所述柠檬酸三钠溶液的体积分数为1%,所述氯金酸溶液的体积分数为为1%,所述去离子水、柠檬酸三钠溶液和氯金酸溶液的体积比为100:3:10。
进一步,所述步骤2中二硫键官能化的适配体的序列为:5′-CCGGTGGGTGGTCAGGTGGGATAGCGTTCCGCGTATGGCCCAGCGCATC ACGGGTTCGCACCA-SH-3′;所述二硫键官能化的适配体溶液的浓度为15μmol/L;所述三(2-羧乙基)膦溶液的浓度为1mol/L;所述PBS缓冲溶液的pH为7.4;
所述二硫键官能化的适配体溶液、三(2-羧乙基)膦溶液、纳米金溶液和PBS缓冲溶液的体积比为200:5:800:500。
进一步,所述步骤3中采用水热合成法制备荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti),具体步骤为:
(1)将三丁基锡、H2BDC-NH2、N,N-二甲基甲酰胺和甲醇混合均匀后,将混合物转移到内衬为特氟隆的高压反应釜中,并加热,冷却至室温后,得到悬浮液;
(2)将悬浮液用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇洗涤,并在60℃下真空干燥6小时,得到NH2-MIL-125(Ti)。
再进一步,所述三丁基锡和H2BDC-NH2的摩尔比为1:2;所述N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的体积比为1:1;所述加热的温度为150℃,时间为20h;所述真空干燥的温度为60℃,时间为6h。
进一步,所述步骤4中NH2-MIL-125(Ti)、超纯水和适配体修饰的纳米金的比例为1mg:1mL:50~300μL。
进一步,所述步骤5中荧光探针与双酚A的体积比为300:200,所述孵育的时间为10~90min;所述荧光检测的条件为激发波长为340nm,发射波长为380~600nm。
一种上述方法制得的基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器。
一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器的应用,用于食品中双酚A残留检测,线性检测范围为1×10-9mol/L~1×10-4mol/L。
与现有技术相比本发明具有以下优点:
(1)本发明制备的荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt对BPA具有特异性识别功能,结合荧光检测对样品中的BPA进行分析测定。对不同浓度的BPA,可获得不同的荧光值。BPA不存在时,荧光值较低,这是由于AuNPs会猝灭NH2-MIL-125(Ti)的荧光。而随着BPA浓度的增加,荧光值不断增大,归因于Apt与BPA结合,AuNPs-Apt从荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt上脱落,使荧光值增大。
(2)本发明基于荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt构建一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器并将其应用于BPA的检测。重点解决了目前基于色谱技术的BPA检测方法中存在的样品前处理过程繁琐、仪器昂贵,操作复杂等缺点,为高灵敏高特异性荧光生物传感器的构建提供了新的思路和方法。
附图说明
图1中,A为实施例6中基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器检测不同浓度BPA的荧光图,a-g依次对应浓度为0,1×10-9mol/L,1×10-8mol/L,1×10-7mol/L,1×10- 6mol/L,1×10-5mol/L,1×10-4mol/L的BPA溶液;B为实施例6中纳米金-金属有机框架材料的生物传感器检测不同浓度BPA的荧光值与1×10-9mol/L~1×10-4mol/L范围内BPA浓度对数值的标准曲线图谱;
图2中,A为实施例7中纳米金-金属有机框架材料的生物传感器对BPA的选择性能图,其中四环素浓度为1×10-6mol/L,结构类似物(双酚B(BPB)、双酚C(BPC)、双酚AF(BPAF))浓度为1×10-4mol/L;B为实施例7中纳米金-金属有机框架材料的生物传感器对BPA的抗干扰性能图,其中四环素浓度为1×10-6mol/L,结构类似物(双酚B(BPB)、双酚C(BPC)、双酚AF(BPAF))浓度为1×10-4mol/L;
图3中,A为实施例8中纳米金-金属有机框架材料的生物传感器检测BPA的重现性能图,其中BPA浓度为1×10-6mol/L;B为实施例9中纳米金-金属有机框架材料的生物传感器检测BPA的稳定性能图,其中BPA浓度为1×10-6mol/L。
具体实施方式
实施例1
一种纳米金溶液的制备:
将含有100mL去离子水的烧杯置于磁力搅拌器上进行加热,煮沸后加入3mL体积分数为1%柠檬酸三钠溶液,再一次煮沸之后,在强搅拌条件下,迅速加入10mL体积分数为1%氯金酸溶液,5min内反应液颜色由无色变为紫色,最终转变为酒红色。再继续加热10min后,关闭加热器,在连续搅拌的情况下冷却至室温,最后将纳米金溶液转移至棕色试剂瓶中置于4℃冰箱内保存备用。
一种适配体修饰的纳米金(AuNPs-Apt)的制备:
将200μL二硫键官能化的适配体溶液(15μmol/L)与5μL三(2-羧乙基)膦溶液(1mol/L)在室温下混合以还原二硫键,然后加入800μL纳米金溶液和PBS缓冲溶液(1x)500μL,并将混合物静置过夜,得到AuNPs-Apt。
一种荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti)的制备:
将1.5mmol TBT、3mmol H2BDC-NH2、12.5mL DMF和12.5mL甲醇混合30min后,将混合物小心地转移到内衬为特氟隆的高压反应釜中,并在150℃下加热20小时。冷却至室温后,将悬浮液用DMF和甲醇洗涤,并在60℃下真空干燥6小时,得到NH2-MIL-125(Ti)。
荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt的制备:
将1mg NH2-MIL-125(Ti)分散在1mL超纯水中,加入50μL AuNPs-Apt超声混匀10分钟,离心收集产物,然后用超纯水稀释至1mL,得到NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt。
实施例2
一种纳米金溶液的制备:
将含有100mL去离子水的烧杯置于磁力搅拌器上进行加热,煮沸后加入3mL体积分数为1%柠檬酸三钠溶液,再一次煮沸之后,在强搅拌条件下,迅速加入10mL体积分数为1%氯金酸溶液,5min内反应液颜色由无色变为紫色,最终转变为酒红色。再继续加热10min后,关闭加热器,在连续搅拌的情况下冷却至室温,最后将纳米金溶液转移至棕色试剂瓶中置于4℃冰箱内保存备用。
一种适配体修饰的纳米金(AuNPs-Apt)的制备:
将200μL二硫键官能化的适配体溶液(15μmol/L)与5μL三(2-羧乙基)膦溶液(1mol/L)在室温下混合以还原二硫键,然后加入800μL纳米金溶液和PBS缓冲溶液(1x)500μL,并将混合物静置过夜,得到AuNPs-Apt。
荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti)的制备:
将1.5mmol TBT、3mmol H2BDC-NH2、12.5mL DMF和12.5mL甲醇混合30min后,将混合物小心地转移到内衬为特氟隆的高压反应釜中,并在150℃下加热20小时。冷却至室温后,将悬浮液用DMF和甲醇洗涤,并在60℃下真空干燥6小时,得到NH2-MIL-125(Ti)。
荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt的制备:
将1mg NH2-MIL-125(Ti)分散在1mL超纯水中,加入100μL AuNPs-Apt超声混匀10分钟,离心收集产物,然后用超纯水稀释至1mL,得到NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt。
实施例3
一种纳米金溶液的制备:
将含有100mL去离子水的烧杯置于磁力搅拌器上进行加热,煮沸后加入3mL 1%柠檬酸三钠溶液,再一次煮沸之后,在强搅拌条件下,迅速加入10mL 1%氯金酸溶液,5min内反应液颜色由无色变为紫色,最终转变为酒红色。再继续加热10min后,关闭加热器,在连续搅拌的情况下冷却至室温,最后将纳米金溶液转移至棕色试剂瓶中置于4℃冰箱内保存备用。
一种适配体修饰的纳米金(AuNPs-Apt)的制备:
将200μL二硫键官能化的适配体溶液(15μmol/L)与5μL三(2-羧乙基)膦溶液(1mol/L)在室温下混合以还原二硫键,然后加入800μL纳米金溶液和PBS缓冲溶液(1x)500μL,并将混合物静置过夜,得到AuNPs-Apt。
荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti)的制备:
将1.5mmol TBT、3mmol H2BDC-NH2、12.5mL DMF和12.5mL甲醇混合30min后,将混合物小心地转移到内衬为特氟隆的高压反应釜中,并在150℃下加热20小时。冷却至室温后,将悬浮液用DMF和甲醇洗涤,并在60℃下真空干燥6小时,得到NH2-MIL-125(Ti)。
荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt的制备:
将1mg NH2-MIL-125(Ti)分散在1mL超纯水中,加入200μL AuNPs-Apt超声混匀10分钟,离心收集产物,然后用超纯水稀释至1mL,得到NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt。
实施例4
一种纳米金溶液的制备:
将含有100mL去离子水的烧杯置于磁力搅拌器上进行加热,煮沸后加入3mL 1%柠檬酸三钠溶液,再一次煮沸之后,在强搅拌条件下,迅速加入10mL 1%氯金酸溶液,5min内反应液颜色由无色变为紫色,最终转变为酒红色。再继续加热10min后,关闭加热器,在连续搅拌的情况下冷却至室温,最后将纳米金溶液转移至棕色试剂瓶中置于4℃冰箱内保存备用。
一种适配体修饰的纳米金(AuNPs-Apt)的制备:
将200μL二硫键官能化的适配体溶液(15μmol/L)与5μL三(2-羧乙基)膦溶液(1mol/L)在室温下混合以还原二硫键,然后加入800μL纳米金溶液和PBS缓冲溶液(1x)500μL,并将混合物静置过夜,得到AuNPs-Apt。
荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti)的制备:
将1.5mmol TBT、3mmol H2BDC-NH2、12.5mL DMF和12.5mL甲醇混合30min后,将混合物小心地转移到内衬为特氟隆的高压反应釜中,并在150℃下加热20小时。冷却至室温后,将悬浮液用DMF和甲醇洗涤,并在60℃下真空干燥6小时,得到NH2-MIL-125(Ti)。
荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt的制备:
将1mg NH2-MIL-125(Ti)分散在1mL超纯水中,加入300μL AuNPs-Apt超声混匀10分钟,离心收集产物,然后用超纯水稀释至1mL,得到NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt。
在实施例1~4中,所述二硫键官能化的适配体(Apt)序列为:5′-CCGGTGGGTGGTCAGGTGGGATAGCGTTCCGCGTATGGCCCAGCGCATC ACGGGTTCGCACCA-SH-3′。
实施例5
一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器的构建,包括以下步骤:
将制得的荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt溶液(300μL)与BPA(200μL)孵育10~90min后,加入微量比色皿中,进行荧光检测。检测条件为:激发波长为340nm,发射波长为380~600nm。
实施例6
一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器检测BPA标准曲线的建立,具体步骤如下:
依次配置浓度为1×10-9mol/L,1×10-8mol/L,1×10-7mol/L,1×10-6mol/L,1×10-5mol/L,1×10-4mol/L的BPA溶液,分别取200μL,各加入实施例4制备得到的荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt 300μL,按照实施例5的方法对各个浓度的BPA进行荧光检测。并以荧光传感器的荧光值对1×10-9mol/L~1×10-4mol/L范围内BPA浓度对数值作标准曲线图谱。
图1中,A为所构建的基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器检测不同浓度BPA的荧光图,随着BPA浓度逐渐增加,Apt优先与BPA结合,AuNPs-Apt从荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt上脱落,荧光值增大。如图1中B所示,所构建的传感器的荧光响应值与BPA浓度对数在1×10-9mol/L~1×10-4mol/L范围内呈现良好的线性关系,其线性方程为:ΔF=94.229lgC+1191.2,相关系数R2=0.9964。
实施例7
一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器对BPA的选择性与抗干扰性能实验:
用实施例5的方法对1×10-6mol/L浓度的BPA溶液和1×10-4mol/L三种结构类似物(BPB、BPC、BPAF)溶液进行荧光检测。对BPA结构类似物进行单独测定,结果如图2中A所示,峰荧光变化值和与BPA单独测定时相比差异显著。BPA与干扰物共同存在的情况下,测定结果结果如图2中B所示峰荧光变化值与BPA单独测定时相比没有明显变化说明所构建的生物传感器对BPA有很好的选择性和抗干扰能力。
实施例8
一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器对BPA的重现性评价:
用与实施例4相同的方法制备六批不同批次的荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt,按实施例5的方法构建对应的基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器,然后对浓度为1×10-6g/mL的BPA溶液进行检测。其结果如图3中A所示,六批所构建的基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器其信号响应差异很小,表明所制备的传感器具有很好的重现性。
实施例9
一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器对BPA的稳定性评价:
在相同的条件下制备一批荧光探针NH2-MIL-125(Ti)/AuNPs-Apt,4℃保存,每隔一周按实施例5的方法对浓度为1×10-6g/mL的BPA溶液进行检测连续测定四周。其结果如图3中B所示,第四周测定时基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器的信号响应与第一周测定的信号响应差异很小,表明所制备的传感器具有很好的稳定性。
Claims (10)
1.一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:采用柠檬酸三钠还原氯金酸法制备纳米金溶液;
步骤2:将二硫键官能化的适配体溶液与三(2-羧乙基)膦溶液混合,加入纳米金溶液和PBS缓冲溶液静置过夜,得到适配体修饰的纳米金;
步骤3:采用水热合成法制备荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti);
步骤4:将NH2-MIL-125(Ti)分散在超纯水中,并与适配体修饰的纳米金超声混匀,离心收集产物,然后用超纯水稀释,得到荧光探针;
步骤5:将得到的荧光探针与双酚A孵育,用于构建生物传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,所述步骤1中采用柠檬酸三钠还原氯金酸法制备纳米金溶液,具体步骤为:
向煮沸的去离子水中加入柠檬酸三钠溶液,再次煮沸,在强搅拌条件下,迅速加入氯金酸溶液,反应液颜色由无色变为紫色,最终转变为酒红色,再继续加热,在连续搅拌的情况下冷却至室温,得到所述纳米金溶液。
3.根据权利要求2所述的一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,所述柠檬酸三钠溶液的体积分数为1%,所述氯金酸溶液的体积分数为1%,所述去离子水、柠檬酸三钠溶液和氯金酸溶液的体积比为100:3:10。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,所述步骤2中二硫键官能化的适配体的序列为:5′-CCGGTGGGTGGTCAGGTGGGATAGCGTTCCGCGTATGGCCCAGCGCATC ACGGGTTCGCACCA-SH-3′;所述二硫键官能化的适配体溶液的浓度为15μmol/L;所述三(2-羧乙基)膦溶液的浓度为1mol/L;所述PBS缓冲溶液的pH为7.4;
所述二硫键官能化的适配体溶液、三(2-羧乙基)膦溶液、纳米金溶液和PBS缓冲溶液的体积比为200:5:800:500。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,所述步骤3中采用水热合成法制备荧光金属有机框架材料NH2-MIL-125(Ti),具体步骤为:
(1)将三丁基锡、H2BDC-NH2、N,N-二甲基甲酰胺和甲醇混合均匀后,将混合物转移到内衬为特氟隆的高压反应釜中,并加热,冷却至室温后,得到悬浮液;
(2)将悬浮液用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇洗涤,并在60℃下真空干燥6小时,得到NH2-MIL-125(Ti)。
6.根据权利要求5所述的一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,所述三丁基锡和H2BDC-NH2的摩尔比为1:2;所述N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的体积比为1:1;所述加热的温度为150℃,时间为20h;所述真空干燥的温度为60℃,时间为6h。
7.根据权利要求1所述的一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,所述步骤4中NH2-MIL-125(Ti)、超纯水和适配体修饰的纳米金的比例为1mg:1mL:50~300μL。
8.根据权利要求1所述的一种基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器构建方法,其特征在于,所述步骤5中荧光探针与双酚A的体积比为300:200,所述孵育的时间为10~90min;所述荧光检测的条件为激发波长为340nm,发射波长为380~600nm。
9.一种权利要求1~9任一项所述方法制得的基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器。
10.一种权利要求9所述基于纳米金-金属有机框架材料的生物传感器的应用,其特征在于,用于食品中双酚A残留检测,线性检测范围为1×10-9mol/L~1×10-4mol/L。
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2022
- 2022-11-25 CN CN202211493646.9A patent/CN115746325B/zh active Active
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