CN110204434B - 铜离子导向铝基金属-有机框架材料、其制备方法与应用 - Google Patents

铜离子导向铝基金属-有机框架材料、其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜离子导向铝基金属‑有机框架材料、其制备方法与应用。所述制备方法包括：使包含配体、铝离子、铜离子和溶剂的均匀混合反应体系反应，获得铜离子导向铝基金属‑有机框架材料，其具有规则的十八面体形状和均一的尺寸。本发明使用铜离子作为可控合成铝基金属‑有机框架材料的导向剂，铜离子的掺杂影响材料生长过程中金属与配体优势不同晶面的生长，从而实现了材料形貌的变化，并且通过铜离子加入量的增加，可抑制材料晶核的生长，实现了材料的尺寸的控制，且导电性得以提高。本发明的电化学适体传感器制备方法简单，在应用于甲胎蛋白的检测中显示出优异的灵敏度，并具有良好的选择性，重复性，稳定性和实际样品的适用性。

Description

铜离子导向铝基金属-有机框架材料、其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种金属-有机框架材料的可控合成，特别涉及一种不同比例铜离子作为导向剂导向合成的十八面体铝基金属-有机框架材料(MIL-96)，以及该材料在甲胎蛋白(AFP) 的灵敏性检测中的应用，属于金属有机骨架材料技术领域。
背景技术
近几十年来，金属-有机框架材料(MOFs)由于具有独特有序的结构、大的比表面积、优异的热稳定性和化学稳定性等特点被报道在催化、储气、分离、药物输送、传感等领域具有很大的应用前景(D.Shi,R.Zheng,M.-J.Sun,X.Cao,C.-X.Sun,C.-J.Cui,C.-S.Liu,J.Zhao, M.Du,Angew.Chemie Int.Ed.2017,56,14637；Z.Hu,B.J.Deibert,J.Li,Chem.Soc.Rev.2014, 43,5815；X.Xiao,Q.Li,X.Yuan,Y.Xu,M.Zheng,H.Pang,SmallMethods 2018,2,1800240； P.-Q.Liao,J.-Q.Shen,J.-P.Zhang,Coord.Chem.Rev.2018,373,22等)。研究表明，它们的性能和应用不仅取决于成分和化学结构，而且还与它们的大小和形貌密切相关(X.Dao,Y.Ni,H. Pan,Sensors Actuators B Chem.2018,271,33；L.Ge,W.Zhou,V.Rudolph,Z.Zhu,J.Mater. Chem.A 2013,1,6350；H.J.Lee,W.Cho,S.Jung,M.Oh,Adv.Mater.2009,21,674等)。之前报道的添加表面活性剂的方法可以有效地控制MOFs的尺寸和形貌，然而，表面活性剂等大的有机分子添加剂通常难以除去这将会导致材料的导电性降低并且孔隙率也可能会受到影响。因此，有必要开发一种不引入大的有机分子的可控合成MOFs的新方法。另一方面，MOFs 在传感领域的应用可以改善癌症标志物检测的设备昂贵、操作复杂且耗时的现状。因此，MOFs 作为固定平台应用于传感领域的研究对其实际应用有着重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种不同比例铜离子掺杂导向的具有十八面体形状的铝基金属-有机框架材料(MIL-96)及其制备方法，以改善现有MOFs可控合成技术的不足。
本发明的另一目的还在于提供将该材料作为特异性适体固定平台构筑传感器，用来检测与肝癌等多种肿瘤发展密切相关的甲胎蛋白(AFP)的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种铜离子导向铝基金属-有机框架材料的制备方法，其包括：
使包含配体、铝离子、铜离子和溶剂的均匀混合反应体系于150℃～250℃反应1～3天，获得铜离子导向铝基金属-有机框架材料。
在一实施方案之中，所述配体、铝离子与铜离子的摩尔比为5：(1-5)：m，其中，0＜m≤4。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，其具有规则的十八面体形状和均一的尺寸，尺寸为0.8～10μm。
本发明实施例还提供了前述铜离子导向铝基金属-有机框架材料于甲胎蛋白检测领域中的应用。
进一步地，本发明实施例还提供了一种甲胎蛋白电化学适体传感器，其包括：
电极基体；
固定于所述电极基体表面的前述的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，以及修饰于所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料表面的甲胎蛋白适体链，所述的甲胎蛋白适体链具有SE Q ID NO:1所示的序列。
相应的，本发明实施例还提供了所述的甲胎蛋白电化学适体传感器的制备方法，其包括：
提供包含前述的铜离子导向铝基金属-有机框架材料的分散液；
将所述分散液施加于电极基体表面并干燥，以及，
以包含甲胎蛋白适体链的溶液浸润固定于所述电极基体表面的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，使甲胎蛋白体适体链修饰于所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料上，形成所述甲胎蛋白电化学适体传感器。
进一步地，本发明实施例还提供了一种甲胎蛋白检测方法，其包括：
提供前述的甲胎蛋白电化学适体传感器；
将所述甲胎蛋白电化学适体传感器置于可能含有甲胎蛋白的待测液体中浸泡处理后作为三电极体系中的工作电极进行电化学测试，进而实现对待测液体中甲胎蛋白的检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)本发明利用不同金属离子和同种配体配位的适宜条件存在差异这一特点，使用铜离子作为可控合成铝基金属-有机框架材料的导向剂，在不添加表面活性剂等额外有机物的情况下简单并且可控的合成了金属-有机框架材料，铜离子的掺杂影响材料生长过程中金属与配体优势不同晶面的生长，从而实现了材料形貌的变化，并且通过铜离子加入量的增加，可抑制材料晶核的生长，实现了材料的尺寸的控制。另外，铜离子的掺杂也使材料的导电性得以提高。
2)本发明为不同纳米形貌金属-有机框架材料的可控合成提供了新的策略，也将为新型生物传感的研发提供新的可能，丰富了金属-有机框架材料的应用领域。
3)本发明提供的基于铜离子导向铝基金属-有机框架材料的电化学适体传感器制备方法简单，检测流程简单；并且所获电化学适体传感器的检测灵敏度高、检测限低，可用于快速、精确地检测甲胎蛋白，显示出优异的灵敏度，并具有良好的选择性，重复性，稳定性和实际样品的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅作为本文发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是模拟MIL-96与合成的MIL-96和Mx：y的XRD对比图，右图显示MIL-96的结构图(Mx:y：x，y分别代表Al(NO3)3·9H2O与Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比)。
图2a-图2b分别是本发明实施例1中未掺杂铜离子的材料(a1,a2)与铜掺杂的材料(b1,b2) 的SEM图，其中，a2,b2分别为a1,a2的局部放大图。
图3a、图3b、图3c、图3d分别是本发明实施例1中M5:0、M3:2、M2.5:2.5、M2:3的SEM 图。
图4a、图4b、图4c分别是本发明实施例1中由(100)、(101)、(002)晶面观察的MIL-96 的晶体空腔图。
图5a、图5b、图5c、图5d分别是本发明实施例1中M2.5:2.5的SEM与TEM图像，图5e- 图5j分别是C、O、Al、Cu-K和Cu-L的EDS元素映射图像。
图6a、图6b-图6e分别是本发明实施例1中MIL-96、M3:2、M2.5:2.5、M2:3的XPS全谱图与M2:3的XPS分解谱。
图7是本发明实施例1中MIL-96、M3:2、M2.5:2.5、M2:3的TGA图。
图8a-图8d分别是本发明实施例2中使用基于MIL-96、M3:2、M2.5:2.5、M2:3开发的适体传感器在含有0.14M NaCl和0.1M KCl的5mM[Fe(CN)6]3-/4-的溶液中检测AFP的EIS曲线图，图8e是检测AFP的每个阶段的ΔRct值。
图9a、图9b分别是本发明实施例2中使用基于M2.5:2.5开发的适体传感器在含有0.14M NaCl和0.1M KCl的5mM[Fe(CN)6]3-/4-的溶液中检测AFP的CV曲线和EIS曲线。
图10a是本发明实施例2中Apt/M2.5:2.5/AE检测过程及检测不同浓度的AFP(0.001、0.005、 0.01、0.05、0.1、0.5ng/mL)的EIS响应曲线图，图10b是ΔRct与AFP浓度的曲线图，其中插图为校准曲线的线性部分。
图11a、图11b、图11c分别是本发明实施例2中用于检测AFP的基于M2.5:2.5开发的适体传感器的选择性、重现性、稳定性图谱。
具体实施方式
如前所述，鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要涉及通过不同比例铜离子作为导向剂引导的形貌尺寸均一的十八面体铝基金属-有机框架材料(以下可简称为MIL-96)的可控合成及应用，包括引入铜离子改变材料的外型由二十面体到十八面体的变化，进一步的，调节铝离子与铜离子的比例实现材料的尺寸可控。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明在已报道的MIL-96的合成方法基础上加以改进，利用不同金属离子和同种配体配位的适宜条件存在差异这一特点，区别于以往的不规则外型以及二十面体外型的MIL-96 合成方法，该策略易于操作，通过引入不同比例的铜离子作为导向剂来控制材料形貌的变化，使其形成了具有规则的十八面体形状，并且可以通过调整铝离子与铜离子的比例实现材料的尺寸大小可控，同时，铜离子的掺杂也有利于材料导电性的提高。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种铜离子导向铝基金属-有机框架材料的制备方法，其包括：
使包含配体、铝离子、铜离子和溶剂的均匀混合反应体系于150℃～250℃反应1～3天，获得铜离子导向铝基金属-有机框架材料。
在一实施方案之中，所述配体、铝离子与铜离子的摩尔比为5：(1-5)：m，其中，0＜m≤4。
进一步地，所述配体、铝离子与铜离子的摩尔比可以为5：4：1、5：3：2、5：2.5：2.5、5：2：3、5：1：4等，但不限于此。
进一步地，所述铝离子来源于九水硝酸铝，但不限于此。
进一步地，所述铜离子来源于三水硝酸铜，但不限于此。
进一步地，所述配体包括均苯三酸(H3BTC)，但不限于此。
进一步地，所述溶剂包括体积比为1：1～9：1的水与醇，其中，所述醇可以是甲醇、乙醇、异丙醇等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一实施方案之中，所述制备方法还包括：在所述反应完成后，在真空环境中对所获反应产物进行烘干，获得铜离子导向铝基金属-有机框架材料。
进一步地，所述烘干的温度为50～80℃，时间为6～48h。
在一更为具体的实施方案之中，所述制备方法包括：
将均苯三酸(H3BTC)与不同摩尔比的九水硝酸铝和三水硝酸铜在去离子水与乙醇溶液中充分混合，接着将混合均匀的溶液加热至150℃～250℃恒温1～3天，然后降至室温，得到粉末状产物，烘干得到上述铜离子导向铝基金属-有机框架材料。
进一步地，本发明的制备方法还包括：
首先以H3BTC作为配体与Al(NO3)3·9H2O在去离子水和乙醇的混合溶液中使用溶剂热法合成了铝基金属-有机框架材料MIL-96，得到的材料的形貌为二十面体，尺寸为7～10μm；
进一步地，在上述反应体系中加入Cu(NO3)2·3H2O，以铜离子作为导向剂，获得的材料的形貌由原先的二十面体变为十八面体，并且材料的尺寸较小到了4～5μm；
进一步地，减少Al(NO3)3·9H2O的用量并同时增加了Cu(NO3)2·3H2O的用量，材料保持了十八面体的形貌，材料的尺寸减小到0.8～1μm。
作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的是由前述方法制备的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，其具有规则的十八面体形状和均一的尺寸，尺寸为0.8～10μm。
进一步地，所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料具有规则的十八面体外型以及可以控制的尺寸。
进一步地，相同条件下，铜离子未掺杂的MIL-96具有二十面体外型且不均一，掺杂了铜离子后的MIL-96具有较为均一的十八面体外型。所述系列材料尺寸大小为0.8μm～10μm，优选为铝离子与铜离子摩尔比为2.5:2.5，尺寸为约1μm的材料(M2.5:2.5)。
作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的是前述的铜离子导向铝基金属-有机框架材料于甲胎蛋白检测领域中的应用。
进一步地，本发明实施例的另一个方面提供了一种甲胎蛋白电化学适体传感器，其包括：
电极基体；
固定于所述电极基体表面的前述的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，以及修饰于所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料表面的甲胎蛋白适体链，所述的甲胎蛋白适体链具有SE Q ID NO:1所示的序列。
进一步地，所述的甲胎蛋白适体链的核酸序列为：5'-GTGACGCTCCTAACGCTGACTCAGGTGCAGTTCTCGACTCGGTCTTGATGTGGGTCCTGTCCGTCCGAACCAATC-3'。
进一步地，所述电极基体包括金电极。
进一步地，本发明实施例的另一个方面提供了所述的甲胎蛋白电化学适体传感器的制备方法，其包括：
提供包含前述的铜离子导向铝基金属-有机框架材料的分散液；
将所述分散液施加于电极基体表面并干燥，以及，
以包含甲胎蛋白适体链的溶液浸润固定于所述电极基体表面的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，使甲胎蛋白体适体链修饰于所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料上，形成所述甲胎蛋白电化学适体传感器。
进一步地，所述甲胎蛋白电化学适体传感器的制备方法具体包括：将所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料分散于去离子水中形成均匀分散液，之后将所述均匀分散液滴加于金电极基体上并干燥；以甲胎蛋白适体链的溶液浸润固定于所述金电极基体的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，使甲胎蛋白适体链修饰于铜离子导向铝基金属-有机框架材料MIL-96上，形成所述电化学传感器。
在本发明制备的一系列材料中，基于铝离子与铜离子摩尔比为2.5:2.5的材料M2.5:2.5的电化学适体传感器在应用于甲胎蛋白的检测中显示出优异的灵敏度，并具有良好的选择性，重复性，稳定性和实际样品的适用性。本发明为不同纳米形貌MOFs材料的可控合成提供了新的策略，也将为新型生物传感的研发提供新的可能，丰富了MOFs材料的应用领域。
进一步地，本发明实施例的另一个方面提供了一种甲胎蛋白检测方法，其包括：
提供前述的甲胎蛋白电化学适体传感器；
将所述甲胎蛋白电化学适体传感器置于可能含有甲胎蛋白的待测液体中浸泡处理后作为三电极体系中的工作电极进行电化学测试，进而实现对待测液体中甲胎蛋白的检测。
进一步地，所述电化学测试的方法包括电化学阻抗谱法或循环伏安法。
进一步地，所述三电极体系中的参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为铂电极。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。下列实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
对照例1
铝基金属-有机框架材料MIL-96的制备方法：将摩尔比为1:1的Al(NO3)3·9H2O与H3BTC 溶于体积比分别为1:1、4:1、3:2、9:1的去离子水与醇(甲醇、乙醇、异丙醇)的混合溶液中，室温搅拌1小时后转移至聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，并分别置于150℃、200℃、250℃的预热烘箱中恒温1～3天。冷却后，通过离心(12000rpm，3分钟)收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤。最后60℃下真空干燥12小时。
实施例1
铜离子导向铝基金属-有机框架材料MIL-96的制备方法：将摩尔比为3：2：5的Al(NO3)3· 9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、H3BTC与体积比分别为1：1的去离子水与甲醇的混合物置于100mL 聚四氟乙烯衬里中，并在室温下搅拌至获得稳定的溶液，将混合物搅拌1小时后放入不锈钢高压釜中，并分别置于150℃的预热烘箱中恒温3天。冷却后，通过离心(12000rpm，3分钟) 收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤。最后，在80℃下真空干燥6小时。并将产物命名为 M3:2(x,y分别代表Al(NO3)3·9H2O与Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比)。
实施例2
铜离子导向铝基金属-有机框架材料MIL-96的制备方法：将摩尔比为2.5：2.5：5的Al(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、H3BTC与体积比分别为4：1的去离子水与乙醇的混合物置于100mL聚四氟乙烯衬里中，并在室温下搅拌至获得稳定的溶液，将混合物搅拌1小时后放入不锈钢高压釜中，并分别置于200℃的预热烘箱中恒温2天。冷却后，通过离心(12000rpm，3分钟)收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤。最后，在50℃下真空干燥48 小时。并将产物命名为M2.5:2.5(x,y分别代表Al(NO3)3·9H2O与Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比)。
实施例3
铜离子导向铝基金属-有机框架材料MIL-96的制备方法：将摩尔比为2：3：5的Al(NO3)3· 9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、H3BTC与体积比分别为9：1的去离子水与异丙醇的混合物置于100mL 聚四氟乙烯衬里中，并在室温下搅拌至获得稳定的溶液，将混合物搅拌1小时后放入不锈钢高压釜中，并分别置于250℃的预热烘箱中恒温1天。冷却后，通过离心(12000rpm，3分钟) 收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤。最后，在60℃下真空干燥12小时。并将产物命名为 M2:3(x,y分别代表Al(NO3)3·9H2O与Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比)。
实施例4
本实施例与实施例1基本一致，不同之处在于：Al(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、H3BTC 的摩尔比为1：2：5。
实施例5
本实施例与实施例1基本一致，不同之处在于：Al(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、H3BTC 的摩尔比为5：4：5。
通过XRD测定合成的MIL-96和Mx:y的骨架结构，如图1所示，所制备的样品与MIL-96单晶X射线衍射的模拟图谱良好吻合，证明了铜掺杂对MIL-96的结构没有太大影响，图1 中本案发明人还给出了已知的MIL-96的结构图。XRD图谱分析表明，与一系列Mx：y相比， MIL-96具有明显的对应于(002)晶面反射的峰，这证明铜离子的掺杂引导了MIL-96的晶面变化。这一结果也通过SEM得以证实，图2a显示了MIL-96的SEM图，可以看出材料具有 (100)、(101)、(002)三种晶面，图2b显示了掺杂了铜离子后的MIL-96的SEM图，从图中可以看出材料只有(100)、(101)两种晶面，(002)晶面消失，并且尺寸有所减小。随后，本案发明人研究了铜离子的引入量对制备的样品的形态和大小的影响。相应地，通过SEM监测所获得的一系列材料的形态和尺寸(图3a-图3d)。图3a显示了MIL-96的电镜图，可以看出材料为二十面体，尺寸约为10μm；图3b显示铜掺杂的MIL-96的形貌发生变化并且相对均匀，尺寸约为5μm；随着硝酸铜的量增加，图3c显示材料的形貌保持尺寸减小到大约1μm；硝酸铜的量继续增加，图3d显示材料的形态和尺寸无明显变化。因此，本案发明人推断硝酸铜的引入改变了MIL-96晶体的各向异性并导致材料形貌与尺寸的变化。图4a-图4c显示了分别从 (100)、(101)、(002)晶面观察的MIL-96晶体空腔示意图。
通过SEM和TEM表征M2.5：2.5的形态和微观结构，电子显微镜图像如图5a-图5d所示。TEM能量色散谱(EDS)映射如图5e-图5j所示，可以看出C，O，Al和Cu的分布与M2.5:2.5的形状匹配良好，表明这四个元素分布高度均匀。通过XPS测量确认所制备样品的化学组成和体积。从图6a中可以看出，在MIL-96的测量扫描光谱中存在C，O和Al峰，由于铜的掺杂，与MIL-96的测量扫描光谱相比，Mx:y增加了Cu峰。进一步分解了M2.5:2.5中C 1s，O 1s， Al 2p和Cu2p的高分辨率XPS光谱，如图6b-图6e所示，C 1s核心能级峰显示出两个组分， 284.99eV的较低结合能归因于未氧化的碳C-C，289.10eV的较高结合能归因于O＝C-O的氧化。O 1s核心水平峰表现出三个组分，从低到高的结合能表示金属-氧组合的峰(531.95eV)， C＝O的峰(532.06eV)和C-O的峰(532.76eV)。Al 2p峰出现在74.96eV，代表材料中Al3+的峰。Cu 2p核心水平峰也表现出三个组分，其中两个较低的结合能峰932.82eV和934.81eV 在Cu 2p2/3中分别归属于Cu(I)和Cu(II)，同时，较高的结合能为953.11eV也被归属于 Cu(II)，在Cu2p1/2中。通过TGA分析了材料的热稳定性，图7显示了TGA的曲线图。
实施例4
甲胎蛋白电化学适体传感器的构筑方法：取实施例1-4中制备的材料1mg分散在1mL 去离子水中，超声分散获得均匀的MIL-96或Mx:y的悬浊液，然后，取10μL上述悬浮液滴在金电极(AE，直径为3mm)表面，室温下真空干燥3h，得到MIL-96或Mx:y修饰的电极；进一步的，将被修饰的电极浸泡在AFP适体(aptamer)溶液(10ng)中，使AFP适体固定在材料上，在4℃的冰箱中浸泡两小时，以使AFP适体在材料上达到饱和，在此过程中，AFP适体与材料的靶特异性部分结合；最后，将AFP适体固定的MIL-96/AE或Mx:y/AE浸入AFP 溶液中进行电化学测试。在电化学检测中，AFP适体可以形成与AFP具有高亲和力的G-四链体结构。
随后，将空白金电极、基于上述MIL-96的适体传感器、基于上述Mx:y的适体传感器在含有一定浓度AFP、0.14M NaCl和0.1M KCl的5mM[Fe(CN)6]3-/4-的溶液中检测OTC，其中采用的电化学检测方法是EIS和CV。MIL-96和Mx:y用于检测AFP过程的EIS光谱如图 8a-图8d所示，随着检测过程的进行，EIS光谱的半圆直径增加。两个曲线之间的Rct的差异表示为ΔRct。ΔRct值可以直接反映材料的传感特性。图8e显示了在检测过程中在该工作中开发的适体传感器的ΔRct值的统计结果。结果显示，裸AE显示的Rct值分别为172Ω，147.1Ω， 135.9Ω，165.2Ω，较小的Rct值表明裸AE具有良好的电化学活性。用四个样品修改后，电极的Rct值增加到了613.1Ω，340.1Ω，297Ω，324.4Ω，这些值表明MOF的导电性相对较差，但与MIL-96相比，Mx:y的Rct值较小，本案发明人推测铜离子的掺杂增加了MIL-96的导电性。当MIL-96/AE和Mx:y/AE表面上存在AFP特异性适体时，因为适体链可以被电离成带负电的颗粒，[Fe(CN)6]3-/4-氧化还原离子被限制进入电极表面，导致Rct值增加至756.7Ω，472.6Ω，468.7Ω，478.9Ω。在AFP存在的情况下，Rct值达到880.4Ω，585.5Ω，763.8Ω，690Ω，AFP特异性适体链将通过与AFP结合改变其构象并阻止电子转移。结果表明，与其他三种材料相比，M2.5:2.5具有最小的电导率和最高的适体吸附，所以本案发明人选择M2.5:2.5来完成传感器灵敏度的测试，该结果还验证了材料的形貌可能导致材料特性的差异。此外，基于M2.5:2.5的适体传感器的AFP检测过程也由CV测试技术确定，检测过程的CV曲线如图9a所示，对于裸AE，CV曲线显示一对不同的氧化还原峰，对应于[Fe(CN)6]3-/4-偶的电子转移。对于M2.5:2.5/AE，随着峰-峰间距的增加，[Fe(CN)6]3-/4-的氧化还原峰有降低的趋势，这是因为电极表面的[Fe(CN)6]3-/4-电子转移率受到M2.5:2.5的覆盖的阻碍。随后，在将修饰电极与AFP适体溶液温育2小时后，[Fe(CN)6]3-/4-的氧化还原峰减弱，表明修饰电极对适体的吸附。加入0.001 ng/mLAFP后，制备的适体传感器上[Fe(CN)6]3-/4-的氧化还原峰降低，测定结果表明所制备的 AFP/Apt/M2.5:2.5/AE适体传感器是可行的AFP检测，结果与EIS测试(图9b)的趋势一致。
Apt/M2.5:2.5/AE的灵敏度测试：通过M2.5:2.5修饰的AE吸附足够的适体后获得的Apt/M2.5:2.5/AE，然后与不同浓度的AFP一起孵育，然后按照上述的检测方法进行分析，检测过程的奈奎斯特图如图10a所示。随着AFP浓度增加(0.001ng/mL至0.5ng/mL)，与特定适体的结合导致电极表面上AFP浓度的增加，进一步导致Rct值增加。图10b显示随着浓度增加Rct值增加的趋势，图10b的插图显示ΔRct对AFP浓度(logCAFP)的对数值在-3.0至-0.301 的范围内具有良好的线性关系,得到的线性回归方程为ΔRct＝0.315logCAFP+1.238，相关系数(R2)为0.994，根据获得的线性方程，计算LOD低至0.117pg/mL。
Apt/M2.5:2.5/AE的选择性、重现性和稳定性测试：使用Apt/M2.5:2.5/AE分别检测可能与AFP 共存的浓度为1ng/mL(AFP浓度的1000倍)的四种癌症标记物，包括癌胚抗原、小鼠免疫球蛋白、溶菌酶和人体血清白蛋白。如图11a所示，与检测AFP显著的ΔRct响应值相反，通过添加其他干扰得到的响应变化可忽略。因此，AFP与其相应的探针适体之间具有高度特异性，电化学适体传感器对AFP具有较高的选择性；再现性是评估开发适体传感器性能的重要指标，在相同条件下制备的五个基于M2.5:2.5纳米复合材料的适体传感器，通过检测在室温(25 ℃)下溶解于Tris-HCl中的0.001ng/mL的AFP引起的ΔRct值来测试适体传感器的再现性(图 11b)。用五个适体传感器同时检测相同浓度的AFP的ΔRct值的相对标准偏差(RSD)为1.048 ％，表明传感器之间的重现性很好；此外，稳定性也是评估适体传感器性能的重要指标，在数天之内，每次测量后将电极放置在空气中并将其保存在4℃的冰箱中，连续15天记录电极的ΔRct值，用这些ΔRct值来表示M2.5:2.5适体传感器的稳定性(图11c)，15天后未发现Rct值明显减少，表明传感器具有良好的稳定性。
实施例5
采用实施例2制得的传感器对实际样品进行测试，该实际样品为人体血清白蛋白。相应的测试过程包括：将不同已知浓度的AFP加入人血清白蛋白样品中，然后使用测定AFP浓度；首先将Apt/M2.5:2.5/AE分别浸泡在含有AFP的人血清白蛋白溶液中2小时，然后用0.01M PBS彻底洗涤以最大程度地去除非特异性结合，随后，根据上述方法进行EIS测试，分析的结果总结在表1中。在添加不同浓度的AFP前后，本发明得到的ΔRct值非常接近于相应的具有相同浓度的纯AFP溶液中的ΔRct值。人血清白蛋白的回收率为97.38％至105.14％，并且 RSD值小于4.0％。这一结果可以表明本发明所制备的生物传感器在的实际样品测试中对AFP 检测表现出高准确性以及在药物检测应用领域具有良好的前景。
表1开发的适体传感器检测实际样品中的AFP
Figure BDA0002089531750000111
本发明通过铜离子的掺杂可控合成MIL-96，铜离子可作为导向剂引导十八面体MIL-96 的合成，并通过改变两种金属盐的比例来控制材料的形态和尺寸。制备的一系列Al-MOF材料均具有比表面积高，生物相容性好，生物亲和力强等优点，并且，铜离子的掺杂使材料的导电性相应的提高，特别是其中的M2.5:2.5对AFP的检测显示出最佳的电化学活性，因此可以用于构建电化学适体传感器。尤其是，基于M2.5:2.5开发的AFP适体传感器显示出高灵敏度，在AFP浓度从0.001到0.5ng/mL的宽线性范围内检测限低至0.117pg/mL，同时该传感器还具有高选择性，良好的再现性，稳定性，再生性和适用性等特征。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
序列表
<110> 扬州大学、郑州轻工业学院
<120> 铜离子导向铝基金属-有机框架材料、其制备方法与应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 75
<212> DNA/RNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 1
gtgacgctcc taacgctgac tcaggtgcag ttctcgactc ggtcttgatg tgggtcctgt 60
ccgtccgaac caatc 75

Claims (10)

1.铜离子导向铝基金属-有机框架材料于非诊断非治疗目的的甲胎蛋白检测领域中的应用，所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料具有规则的十八面体形状和均一的尺寸，尺寸为0.8~10 μm，所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料的制备方法包括：
使包含配体、铝离子、铜离子和溶剂的均匀混合反应体系于150℃~250℃反应1~3天，获得铜离子导向铝基金属-有机框架材料；
其中，所述配体、铝离子与铜离子的摩尔比为5：（1-5）：m，其中，0＜m≤4，所述配体为均苯三酸，所述溶剂为体积比为1：1~9：1的水与醇，所述醇选自甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述铝离子来源于九水硝酸铝。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述铜离子来源于三水硝酸铜。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述制备方法还包括：在所述反应完成后，在真空环境中对所获反应产物进行烘干，获得铜离子导向铝基金属-有机框架材料，所述烘干的温度为50~80℃，时间为6~48h。
5.一种甲胎蛋白电化学适体传感器，其特征在于包括：
电极基体；
固定于所述电极基体表面的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，以及修饰于所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料表面的甲胎蛋白适体链，所述的甲胎蛋白适体链具有SEQID NO:1所示的核酸序列；
所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料具有规则的十八面体形状和均一的尺寸，尺寸为0.8~10 μm，所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料的制备方法包括：
使包含配体、铝离子、铜离子和溶剂的均匀混合反应体系于150℃~250℃反应1~3天，获得铜离子导向铝基金属-有机框架材料；
其中，所述配体、铝离子与铜离子的摩尔比为5：（1-5）：m，其中，0＜m≤4，所述配体为均苯三酸，所述溶剂为体积比为1：1~9：1的水与醇，所述醇选自甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求5所述的甲胎蛋白电化学适体传感器，其特征在于：所述电极基体为金电极。
7.权利要求5或6所述的甲胎蛋白电化学适体传感器的制备方法，其特征在于包括：
提供包含铜离子导向铝基金属-有机框架材料的分散液；
将所述分散液施加于电极基体表面并干燥，以及，
以包含甲胎蛋白适体链的溶液浸润固定于所述电极基体表面的铜离子导向铝基金属-有机框架材料，使甲胎蛋白体适体链修饰于所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料上，形成所述甲胎蛋白电化学适体传感器；所述的甲胎蛋白适体链具有SEQ ID NO:1所示的核酸序列；
其中，所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料具有规则的十八面体形状和均一的尺寸，尺寸为0.8~10 μm，所述铜离子导向铝基金属-有机框架材料的制备方法包括：
使包含配体、铝离子、铜离子和溶剂的均匀混合反应体系于150℃~250℃反应1~3天，获得铜离子导向铝基金属-有机框架材料；
其中，所述配体、铝离子与铜离子的摩尔比为5：（1-5）：m，其中，0＜m≤4，所述配体为均苯三酸，所述溶剂为体积比为1：1~9：1的水与醇，所述醇选自甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或两种以上的组合。
8.一种非诊断非治疗目的的甲胎蛋白检测方法，其特征在于包括：
提供权利要求5或6所述的甲胎蛋白电化学适体传感器；
将所述甲胎蛋白电化学适体传感器置于可能含有甲胎蛋白的待测液体中浸泡处理后作为三电极体系中的工作电极进行电化学测试，进而实现对待测液体中甲胎蛋白的检测。
9.根据权利要求8所述的非诊断非治疗目的的甲胎蛋白检测方法，其特征在于：所述电化学测试的方法选自电化学阻抗谱法或循环伏安法。
10.根据权利要求8所述的非诊断非治疗目的的甲胎蛋白检测方法，其特征在于：所述三电极体系中的参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为铂电极。
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