CN106370634A - CdTe QD@ZIF‑8核‑壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用 - Google Patents

CdTe QD@ZIF‑8核‑壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CdTe QD@ZIF‑8核‑壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用，CdTe QD@ZIF‑8核‑壳纳米复合材料具有尺寸选择性，稳定性好、溶液分散性好，并且合成方法简单、条件温和、时间短，本发明利用氧化酶与其对应底物反应产物H2O2可以穿过材料外壳与CdTe QD反应，其他大于外壳孔径的分子被阻隔，从而产生荧光信号的差异，采用荧光分光光度法即可检测体系中氧化酶的含量，操作简单，所用检测试剂大大降低了背景荧光对检测体系的干扰，从而确保了检测的精确度，具有灵敏度高、抗干扰能力强、稳定性好的优点，相比双试剂而言在全自动生化分析仪器上使用操作方便。

Description

CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的 应用
技术领域
本发明属于临床体外检测技术领域，具体涉及一种CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用。
背景技术
量子点(QDs)因具有独特的光物理和化学性质，例如宽的吸收带、窄而对称的发射带、低光漂白、长寿命、高量子产量等，在许多研究领域引起了广泛关注，包括物理、化学、生物科学。然而，从长期观察的角度来看，量子点的荧光极易受微环境中的生物分子如蛋白质、酶和细胞代谢产物等的影响。这种现象往往是受表面缺陷数量的影响，本质上不完美的晶体结构可以直接导致QDs荧光猝灭。一个适当带隙的第二层钝化，形成核壳结构，是一种最有前途的提高系统的荧光量子产率以及量子点的光致氧化稳定性的方法。在这个配置中，壳的带隙要足够的大以至于跨越核的传导和价带，减少无辐射途径连接的电子或空带的俘获。
金属-有机骨架配合物(MOFs)是由金属离子和多功能有机配体在合适的溶剂中配位而形成的具有三维多孔结构的配位聚合物，通常是聚羧酸盐或含N的芳香族化合物与锌、铜、铬、铁、铝、锆等金属离子或离子团簇配位。凭借着较大的比表面积、孔径较易调整、热稳定性较高，并且在功能化方面存在诸多优势，MOFs在化学催化、药物载体、传感以及生物医学等多个科学领域应用广泛。近日，MOF的潜在应用进一步扩展通过在框架之内封装纳米颗粒(NPs)。NPs与MOF复合赋予材料新颖的化学和物理性质，如高表面积、孔隙度可调、催化及光致发光性能。例如，NPs@MOF核-壳纳米复合材料，由嵌入金属(如Au和Pd)和半导体NPs(如ZnO和CdTe)在MOF空腔内，表现出异相催化的强烈催化能力和发光的变化。同时，在QD@MOF方面也有极大的发展。Lv等报道了ZnO@MOF-5复合材料，作为对污染物中阴离子荧光的传感系统(D.hao,X.Wan,H.Song,L.Hao,Y.Su,Y.Lv,Sens.Actuators B:Chem.197(2014)50)。Xiong等人设计合成了HKUST-1@TiO2核-壳复合材料，其显示了高的从二氧化碳到甲烷的光催化还原效率(R.Li,J.Hu,M.Deng,H.Wang,X.Wang,Y.Hu,H.-L.Jiang,J.Jiang,Q.Zhang,Y.Xie,Y.Xiong,Adv.Mater.26(2014)4783)。Falcaro等合成了CdSe/CdS/Cd0.5Zn0.5S/ZnSQDs@MOF-5复合材料，用于硫醇化合物的尺寸选择传感(P.Falcaro,A.J.Hill,K.M.Nairn,J.Jasieniak,J.I.Mardel,T.J.Bastow,S.C.Mayo,M.Gimona,D.Gomez,H.J.Whitfield,R.Riccò,A.Patelli,B.Marmiroli,H.Amenitsch,T.Colson,L.Villanova,D.Buso,Nat.Commun.2(2011)237)。Huo等人设计合成了CdSe@ZIF-8复合材料，用于硫醇小分子的选择性传感(G.Lu,S.Li,Z.Guo,O.K.Farha,B.G.Hauser,X.Qi,Y.Wang,X.Wang,S.Han,X.Liu,J.S.DuChene,H.Zhang,Q.Zhang,X.Chen,J.Ma,S.C.J.Loo,W.D.Wei,Y.Yang,J.T.Hupp,F.Huo,Nat.Chem.4(2012)310)。Deep等报道了CdSe@EuOF复合材料用于TNT的检测(R.Kaur,A.K.Paul,A.Deep,ForensicSci.Int.242(2014)88)。Sun等人报道了Pt@CdS/MIL-101复合材料，在可见光照射下，在乳酸水溶液进化光催化制氢(J.He,Z.Yan,J.Wang,J.Xie,L.Jiang,Y.Shi,F.Yuan,F.Yu,Y.Sun,Chem.Commun.49(2013)6761)。Wu等人报道了CdS/UiO-66-NH2复合材料，分子氧作为氧化剂条件下，用于可见光氧化苯甲醇的选择性为苯甲醛(L.Shen,S.Liang,W.Wu,R.Liang,L.Wu,J.Mater.Chem.A 1(2013)11473)。上述报道的NPs@MOF核-壳纳米复合材料主要集中在异相催化，生物传感器中的应用报道不多，因为在生物系中应用存在着重大挑战，如稳定性、可分散性、毒性、生物相容性等(Sharifi,S,etal.,2012.Chem.Soc.Rev.41,2323-2343；Baati,T.et al.,2013.Chem.Sci.4,1597-1607)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于为CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料提供一种新的应用。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用，具体检测方法如下：
将CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料分散于pH＝6.8～8.0的PBS缓冲液中，加入不同活性的氧化酶标准样品及其对应底物，在37℃下培养40～60分钟，检测体系的荧光强度，绘制(F0-F)/F0随氧化酶活性变化的标准曲线；将CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料分散于pH＝6.8～8.0的PBS缓冲液中，加入待测氧化酶及其对应底物，在37℃下培养40～60分钟，检测体系的荧光强度，根据荧光强度结合标准曲线的线性方程即可确定待测氧化酶的活性。
上述PBS缓冲液中CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料的浓度优选为0.02～0.06mg/mL，所述PBS缓冲液优选pH＝7.4。
上述CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料的制备方法为：将2-甲基咪唑完全溶解于超纯水中，然后加入0.1mmol/L CdTe QD@PVP(根据Lu,G.et.al.2012.Nat.Chem.4,310-316公开的方法制备)，常温搅拌5分钟，再加入Zn(NO3)2·6H2O水溶液，其中2-甲基咪唑与Zn(NO3)2·6H2O和CdTe QD@PVP的摩尔比为40:10:1，继续搅拌40分钟，离心分离，并用超纯水离心洗涤3～5次，在65℃真空干燥，得到CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料。
本发明的检测原理为：将氧化酶及其对应底物加入到CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料(CdTe@ZIF-8CSNCPs)的PBS缓冲液中，底物在氧化酶的作用下被O2氧化产生H2O2，H2O2比ZIF-8的孔径小，容易渗透ZIF-8壳来猝灭CdTe QD。与此相反，氧化酶及其对应底物的尺寸要比ZIF-8的孔径大，可以被ZIF-8有效的阻拦，几乎不会影响到CdTe@ZIF-8CSNCPs的荧光，同时大大降低了背景荧光(见图1)。因此，通过检测H2O2猝灭CdTe@ZIF-8CSNCPs的荧光效率((F0-F)/F0)，即可得到对应氧化酶的活性(荧光猝灭率与氧化酶的活性成正比)。
本发明以CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料为检测试剂，利用氧化酶与其对应底物反应产物H2O2可以穿过材料外壳与CdTe QD反应，其他大于外壳孔径的分子被阻隔，从而产生荧光信号的差异，采用荧光分光光度法即可检测体系中氧化酶的含量，其中CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料具有尺寸选择性，稳定性好、溶液分散性好，并且合成方法简单、条件温和、时间短，与其他检测方法相比，本发明检测方法操作简单，所用检测试剂大大降低了背景荧光对检测体系的干扰，从而确保了检测的精确度，具有灵敏度高、抗干扰能力强、稳定性好的优点，相比双试剂而言在全自动生化分析仪器上使用操作方便。
附图说明
图1是本发明氧化酶活性检测原理图。
图2是pH对CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料荧光强度的影响。
图3是CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料的稳定性和重现性。
图4是不同物质对CdTe QD荧光强度的影响。
图5是不同物质对CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料荧光强度的影响。
图6是不同活性尿酸氧化酶对应的荧光强度。
图7是(F0-F)/F0随尿酸氧化酶活性变化的标准曲线。
图8是不同活性葡萄糖氧化酶对应的荧光强度。
图9是(F0-F)/F0随葡萄糖氧化酶活性变化的标准曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将84mg(1mmol)2-甲基咪唑完全溶解于3mL超纯水中，然后加入500μL CdTe QD@PVP(根据Lu,G.et.al.2012.Nat.Chem.4,310-316公开的方法制备)，常温搅拌5分钟，再加入3mL Zn(NO3)2·6H2O水溶液(含76mg(0.25mmol)Zn(NO3)2·6H2O)，继续搅拌40分钟，离心分离，并用超纯水离心洗涤3～5次，在65℃真空干燥过夜，得到CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料。
分别在100μL 50mmol/L不同pH值的PBS缓冲液中加入0.02mg CdTe@ZIF-8核-壳纳米复合材料和H2O2(混合体系中H2O2浓度为80nmol/L)，在激发波长为385nm、发射波长为595nm下检测体系的荧光强度，考察pH对检测体系的影响，结果见图2。由图2可见，pH＝7.4时，体系荧光强度最强，表明在pH＝7.4时最适合CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料对H2O2的检测。
在100μL 50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液中加入0.02mg CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料和H2O2(混合体系中H2O2浓度为80nmol/L)，在激发波长为385nm、发射波长为595nm下检测体系的荧光强度，同时以未加H2O2作对照实验，结果见图3。由图3可见，CdTeQD@ZIF-8核-壳纳米复合材料具有很好的长期稳定性和再现性。
在100μL 50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液中加入0.02mg CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料，并分别加入尿酸氧化酶(UOx)、葡萄糖氧化酶(GOx)、尿酸(UA)、葡萄糖、H2O2(混合体系中检测物质的浓度为80nmol/L)，在激发波长为385nm、发射波长为595nm下检测体系的荧光强度，同时以CdTe QD做空白对照实验。结果见图4和图5。
由图4和图5可见，在CdTe QD的空白对照实验中，分别单独加入UOx、GOx、UA、葡萄糖或H2O2时，体系的荧光强度产生不同程度变化，添加UOx体系荧光强度增加了约13.3％，而加入UA和H2O2体系荧光强度分别下降了约50.1％和89.7％，添加GOx和葡萄糖体系荧光强度分别淬灭了约6.6％和4.9％。相比之下，在CdTe@ZIF-8CSNCPs的PBS缓冲液中分别单独加入UOx、GOx、UA、葡萄糖或H2O2时，除了加入H2O2的体系荧光猝灭约90.0％，其他体系的荧光强度几乎不变。
上述CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测尿酸氧化酶活性中的应用，具体检测方法如下：
将0.02mg CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料分散于100μL 50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液中，加入50μL不同浓度的尿酸氧化酶标准样品溶液(由50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液配制而成)及50μL 1mmol/L尿酸溶液(由50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液配制而成)，混合均匀，使混合体系中尿酸氧化酶的活性分别为0、0.1、0.5、1、5、10、20、30、40、50U/L，然后在37℃下培养50分钟，采用美国PE LS-55型荧光分光光度计在激发波长为385nm、发射波长为595nm下检测混合体系的荧光强度，结果见图6，并绘制(F0-F)/F0随尿酸氧化酶活性变化的标准曲线，结果见图7，拟合方程是Y＝8.189X+0.05996(R2＝0.994)。经计算，其检出限为0.024U/L。
上述CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测葡萄糖氧化酶活性中的应用，具体检测方法如下：
将0.02mg CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料分散于100μL 50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液中，加入50μL不同浓度的葡萄糖氧化酶标准样品溶液(由50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液配制而成)及50μL 1mmol/L葡萄糖溶液(由50mmol/L pH＝7.4的PBS缓冲液配制而成)，混合均匀，使混合体系中葡萄糖氧化酶的活性分别为0、1、5、10、40、60、80、100、200、400、600、800U/L，然后在37℃下培养50分钟，采用美国PE LS-55型荧光分光光度计在激发波长为385nm、发射波长为595nm下检测混合体系的荧光强度，结果见图8，并绘制(F0-F)/F0随葡萄糖氧化酶活性变化的标准曲线，结果见图9，线性拟合方程为Y＝2.796X+0.0723(R2＝0.992)。经计算，其检出限为0.26U/L。
为了确定本发明的有益效果，发明人进行了大量的实验室研究试验，具体试验情况如下：
1、干扰性试验
采用CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料，在80nmol/L H2O2存在的条件下，对包含不同干扰物(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、L-丝氨酸、L-苯丙氨酸、L-亮氨酸、精氨酸和L-天冬酰胺)的溶液进行了荧光强度测试，结果见表1。
表1抗干扰性能比较
注：标中*表示三次测定结果的平均值。
由表1中荧光强度的改变可见，相对标准偏差值在100±5％，表明这些干扰物对CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料的检测结果没有任何明显的干扰。
2、实际样品分析
为了研究CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在实际样品中对H2O2定量测定的可行性，分别在人类血清中加入不同浓度的H2O2，测定回收率，结果见表2。
表2实际样品分析
在血清样品中H2O2的荧光测定与在缓冲液中的测定结果基本相同。已知浓度的H2O2加标到血清样本中，回收率为90.8％～101.6％，说明CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料可用于实际样品中氧化酶活性的精确测量。

Claims (4)

1.CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用。
2.根据权利要求1所述的CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用，其特征在于：将CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料分散于pH＝6.8～8.0的PBS缓冲液中，加入不同活性的氧化酶标准样品及其对应底物，在37℃下培养40～60分钟，检测体系的荧光强度，绘制(F0-F)/F0随氧化酶活性变化的标准曲线；将CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料分散于pH＝6.8～8.0的PBS缓冲液中，加入待测氧化酶及其对应底物，在37℃下培养40～60分钟，检测体系的荧光强度，根据荧光强度结合标准曲线的线性方程即可确定待测氧化酶的活性。
3.根据权利要求2所述的CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用，其特征在于：所述PBS缓冲液中CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料的浓度为0.02～0.06mg/mL。
4.根据权利要求2或3所述的CdTe QD@ZIF-8核-壳纳米复合材料在检测氧化酶活性中的应用，其特征在于：所述PBS缓冲液的pH＝7.4。
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