CN109164076B - 基于La-ZIF-8的荧光纳米探针、制备方法及其在生物荧光传感中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于混合金属沸石咪唑酯骨架材料的制备方法以及制得的材料在生物传感中的应用。制备步骤包括：步骤1，将二水合乙酸锌的甲醇溶液与2‑甲基咪唑的甲醇溶液混合，室温混合搅拌10～30min后，离心、干燥，得到ZIF‑8，步骤2，将ZIF‑8颗粒混悬于极性有机溶剂中，加入方酸，室温搅拌20～30h，离心，用乙醇洗涤后，再混悬于极性有机溶剂中，加入镧离子无机盐，室温搅拌20～70h，用极性有机溶剂洗涤后，得到混合金属ZIF‑8，步骤3，将La‑ZIF‑8纳米材料分散于缓冲溶液中，加入荧光标记的DNA适体，室温下反应后，离心，得到基于La‑ZIF‑8的荧光纳米探针。本发明操作方便，溶剂毒性低，得到的探针具有高选择性、高灵敏性特点，可避免假阳性结果，具有良好的应用前景。

Description

基于La-ZIF-8的荧光纳米探针、制备方法及其在生物荧光传 感中的应用
技术领域
本发明属于生物荧光传感领域，具体涉及一种基于La-ZIF-8的荧光纳米探针、制备方法及其在生物荧光传感中的应用。
背景技术
在生物荧光传感领域，一些纳米材料如石墨烯及其衍生物氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)、二硫化钼(MoS2)以及金纳米颗粒等由于其独特的光电性质和良好的生物相容性受到了科研界的广泛关注。该类材料可作为纳米载体，吸附荧光标记的DNA适体，并通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用，使其荧光信号猝灭；当加入与该DNA适体完全匹配的目标DNA后，两者通过碱基配对进行杂交，形成稳定的双螺旋DNA结构，进而从纳米材料表面脱离，使得体系的荧光信号恢复。根据荧光强度的变化，可实现对目标DNA的定量检测。
近年来，纳米级金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)作为快速发展为新型纳米材料，因其种类多样性、高负载量、易于制备和高孔隙率等优越性能，作为生物传感载体比传统纳米载体具有更明显的优势。其中，类沸石咪唑酯骨架(ZeoliticImidazolate Frameworks,ZIFs)材料是目前应用非常广泛的纳米MOFs，由过渡金属Zn和咪唑配体构筑而成。ZIF-8作为经典的ZIFs材料，已成功作为纳米药物载体以及应用于生物传感中。由于ZIF-8的荧光猝灭能力较传统纳米材料较差，因此通过镧系离子得掺杂或表面修饰，可有效改善ZIF-8的荧光猝灭行为，并可用于生物分子的荧光传感。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明提供一种基于La-ZIF-8的荧光纳米探针、制备方法及其在生物荧光传感中的应用，简化纳米探针的制备步骤，增强检测稳定性。
2.技术方案
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于La-ZIF-8的荧光纳米探针，该探针为颗粒状，且粒径为100nm～500nm。
本发明同时公开了基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将二水合乙酸锌的甲醇溶液与2-甲基咪唑的甲醇溶液混合，室温混合搅拌10～30min后，离心、干燥，得到ZIF-8；
步骤2，将步骤1得到的ZIF-8混悬于极性有机溶剂中，加入方酸，室温搅拌20～30h，离心，用乙醇洗涤三次后，再混悬于极性有机溶剂中，加入镧离子无机盐，室温搅拌20～70h，用极性有机溶剂洗涤三次，得到La-ZIF-8(La-ZIF-8)；
步骤3，将步骤2得到的La-ZIF-8纳米材料分散于缓冲溶液中，加入荧光标记的DNA适体，室温下反应后，离心，得到基于La-ZIF-8的荧光纳米探针。
优选的是，步骤2中所述的极性有机溶剂为乙醇或甲醇中的一种。
优选的是，步骤2中所述的方酸浓度为0.01μM～0.50μM。
优选的是，步骤2中所述的镧离子无机盐为La(NO3)3或LaCl3中的一种。
优选的是，步骤2中所述的镧离子无机盐浓度为50mM～300mM。
优选的是，步骤3中所述的缓冲溶液为PBS缓冲溶液或Tris-HCl缓冲液中的一种。
优选的是，步骤3中所述的缓冲溶液pH值为6.0～9.0。
优选的是，步骤3中所述的荧光标记的DNA适体为罗丹明标记的DNA适体或荧光素标记的DNA适体中的一种或多种。
本发明同时公开了一种基于La-ZIF-8的荧光纳米探针在生物传感中的应用。
3.有益效果
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)本发明所述的基于La-ZIF-8的荧光纳米探针制备方法简单，不需要严格的合成条件；
(2)本发明所述的基于La-ZIF-8的荧光纳米探针可通过颜色的变化检测目标DNA，避免了假阳性结果，定性更准确；
(3)本发明所述的基于La-ZIF-8的荧光纳米探针对目标DNA有良好的选择性，其他生物分子对其荧光信号无明显影响。
附图说明
图1为La-ZIF-8的透射电镜图。
图2为La-ZIF-8的XPS谱图。
图3为La-ZIF-8的XRD谱图。
图4为基于La-ZIF-8的荧光纳米探针检测目标DNA的示意图。
图5为FAM-P+La-ZIF-8探针对目标DNA(T)响应荧光光谱图。
图6为TAMRA-P+基于La-ZIF-8的荧光纳米探针对目标DNA(T)响应荧光光谱图。
图7为基于La-ZIF-8的荧光纳米探针检测目标DNA(T)的线性关系。其横坐标为T浓度，纵坐标为荧光强度变化(F/F0，其中F0和F分别为基于La-ZIF-8的荧光纳米探针与T反应前和反应后的荧光强度)。
图8为TAMRA-P+基于La-ZIF-8的荧光纳米探针对目标DNA(T)的选择性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本发明的限制。
实施例1：
如图1-8所示，步骤1，将二水合乙酸锌(ZnAc·2H2O)的甲醇溶液(25mM)与2-甲基咪唑的甲醇溶液(50mM)混合，室温混合搅拌15min后，离心，干燥，得到ZIF-8。,
步骤2，将上述反应得到的ZIF-8混悬于10mL乙醇中，然后加1μL的1mM的方酸乙醇溶液，室温搅拌24h，用乙醇离心洗涤三次；然后加入10mL的La(NO3)3·6H2O乙醇溶液(200mM)，室温搅拌36h，用乙醇离心洗涤三次，得到La-ZIF-8。其形貌如图1所示；其XPS及XRD谱图如图2和3所示。
步骤3，将0.2mg La-ZIF-8分散于1mL PBS(0.01M，pH 7.4)中，加入4μL FAM-P(25μM)或2μL TAMRA-P(25μM)，室温下搅拌反应2h，然后在10000rpm下离心，得到基于La-ZIF-8的荧光纳米探针。
实施例2：
步骤1，将二水合乙酸锌(ZnAc·2H2O)的甲醇溶液(30mM)与2-甲基咪唑的甲醇溶液(30mM)混合，室温混合搅拌20min后，离心，干燥，得到ZIF-8；
步骤2，将上述反应得到的ZIF-8混悬于20mL乙醇中，然后加2μL的1mM的方酸乙醇溶液，室温搅拌10h，用乙醇离心洗涤三次；然后加入10mL的La(NO3)3·6H2O乙醇溶液(100mM)，室温搅拌50h，用乙醇离心洗涤三次，得到La-ZIF-8；
步骤3，将0.1mg La-ZIF-8分散于1mL PBS(0.01M，pH 7.0)中，加入5μL FAM-P(25μM)或3μL TAMRA-P(25μM)，室温下搅拌反应1h，然后在10000rpm下离心，得到基于La-ZIF-8的荧光纳米探针。
实施例3：
步骤1，将二水合乙酸锌(ZnAc·2H2O)的甲醇溶液(25mM)与2-甲基咪唑的甲醇溶液(40mM)混合，室温混合搅拌50min后，离心，干燥，得到ZIF-8；
步骤2，将上述反应得到的ZIF-8混悬于10mL乙醇中，然后加0.5μL的1mM的方酸乙醇溶液，室温搅拌15h，用乙醇离心洗涤三次；然后加入5mL的La(NO3)3·6H2O乙醇溶液(150mM)，室温搅拌70h，用乙醇离心洗涤三次，得到La-ZIF-8；
步骤3，将0.3mg La-ZIF-8分散于1mL PBS(0.01M，pH 8.0)中，加入5μL FAM-P(30μM)或3μL TAMRA-P(30μM)，室温下搅拌反应0.5h，然后在10000rpm下离心，得到基于La-ZIF-8的荧光纳米探针。
基于La-ZIF-8的荧光纳米探针对目标DNA的荧光响应：
将基于La-ZIF-8的荧光纳米探针混悬于磷酸缓冲液(PBS，0.01M，pH 7.4)中，得到0.2mg/mL的基于La-ZIF-8的荧光纳米探针PBS溶液。取400μL上述混悬液，分别加入30nm的目标DNA(T)，观察荧光强度的变化；图4为基于La-ZIF-8的荧光纳米探针对目标DNA荧光响应示意图；图5和图6分别为FAM-P+La-ZIF-8探针和TAMRA-P+La-ZIF-8探针对目标DNA(T)响应荧光光谱图；图7为基于La-ZIF-8的荧光纳米探针(即FAM-P+基于La-ZIF-8的荧光纳米探针和TAMRA-P+基于La-ZIF-8的荧光纳米探针)检测目标DNA(T)的线性关系。
为观察基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的选择性，取400μL TAMRA-P+基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的PBS混悬液，分别加入30nm的目标DNA(T)、错配DNA(T1、T2)、三磷酸腺苷(ATP)、三磷酸尿苷(UTP)、三磷酸鸟苷(GTP)、三磷酸胞苷(CTP)、人血清白蛋白(HSA)和谷胱甘肽(GSH)，观察荧光强度的变化；图8为TAMRA-P+基于La-ZIF-8的荧光纳米探针对目标DNA(T)的选择性。
结果表明，基于La-ZIF-8的荧光纳米探针对DNA的识别是通过吸附在其表面的DNA适体对目标DNA的选择性响应。当没有目标DNA时，吸附有罗丹明标记的DNA适体(TAMRA-P)和荧光素标记的DNA适体(FAM-P)的La-ZIF-8主要发出绿色荧光；当处在目标DNA的环境中，TAMRA荧光强度恢复而FAM被进一步猝灭，发出红色荧光。该探针可通过TAMRA和FAM两种荧光分子的荧光强度变化，定量检测目标DNA。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的制备方法，其特征在于：该探针为颗粒状，且粒径为100nm～500nm，包括如下步骤：
步骤1，将二水合乙酸锌的甲醇溶液与2-甲基咪唑的甲醇溶液混合，室温混合搅拌10～30min后，离心、干燥，得到ZIF-8；
步骤2，将步骤1得到的ZIF-8混悬于极性有机溶剂中，加入方酸，室温搅拌20～30h，离心，用乙醇洗涤三次后，再混悬于极性有机溶剂中，加入镧离子无机盐，步骤2中所述的镧离子无机盐为La(NO3)3或LaCl3中的一种，室温搅拌20～70h，用极性有机溶剂洗涤三次，得到La-ZIF-8；
步骤3，将步骤2得到的La-ZIF-8纳米材料分散于缓冲溶液中，加入荧光标记的DNA适体，室温下反应后，离心，得到基于La-ZIF-8的荧光纳米探针，步骤3中所述的荧光标记的DNA适体为罗丹明标记的DNA适体或荧光素标记的DNA适体中的一种或多种。
2.根据权利要求1 所述基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的极性有机溶剂为乙醇或甲醇中的一种。
3.根据权利要求2所述基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的方酸浓度为0.01μM～0.50μM。
4.根据权利要求2所述基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的镧离子无机盐浓度为50mM～300mM。
5.根据权利要求2所述基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的制备方法，其特征在于：步骤3中所述的缓冲溶液为PBS缓冲溶液或Tris-HCl缓冲液中的一种。
6.根据权利要求2所述基于La-ZIF-8的荧光纳米探针的制备方法，其特征在于：步骤3中所述的缓冲溶液pH值为6.0～9.0。
7.一种利用权利要求2-6任意一项所述基于La-ZIF-8的荧光纳米探针在生物传感中的应用。
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