CN111100304A - 一种人体中多巴胺含量检测材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，首先制备化学组成为Zr6O4(OH)4(O2C‑C6H2‑CO2(CO2H)2)·xH2O的Zr基金属有机框架；然后利用Zr基金属有机框架合成Tb3+‑MOF材料。所制备的Tb3+‑MOF材料显示出Tb3+的强的特征发射荧光和良好的耐水性。Tb3+‑MOF材料在3.0‑10.0的pH范围内保持良好的稳定性，并且在水溶液环境中浸泡48h仍保持完整的晶体结构和荧光特性。DA对Tb3+‑MOF材料荧光的淬灭效率呈良好的浓度依赖性和抗干扰性。DA的检测范围为0‑350μM，检测限为0.06μM。此外，该Tb3+‑MOF材料可以重复使用，并制作了便携式试纸用于实际生理环境的应用。本发明为生物体液中DA的检测提供了一种简单、高效的方法。

Description

一种人体中多巴胺含量检测材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种人体中多巴胺含量检测材料的制备方法。
背景技术
天然存在的儿茶酚胺多巴胺是一种神经递质，其盐酸盐用于治疗急性充血和肾功能衰竭。多巴胺在控制中枢神经系统和周围神经系统中起着不可或缺的作用。(B.J.Ventonand R.M.Wightman,Anal.Chem.2003,75,414A；K.P.Troyer,M.L.A.V.Heien,B.J.Ventonand R.M.Wightman,Curr.Opin.Chem.Biol.2002,6,696；R.M.Wightman,L.J.May andA.C.Michael,Anal.Chem.1988,60,769A.)但人体内多巴胺(DA)含量出现异常后，会引起多种神经系统混乱，如精神分裂症，亨廷顿病和帕金森病(PD)。尤其是当多巴胺被严重消耗，含量降低就会提高帕金森病的发病几率。(S.Janezic,S.Threlfell,P.D.Dodson,M.J.Dowie,T.N.Taylor,D.Potgieter,L.Parkkinen,S.L.Senior,S.Anwar,B.Ryan,T.Deltheil,P.Kosillo,M.Cioroch,K.Wagner,O.Ansorge,D.M.Bannerman,J.P.Bolam,P.J.Magill,S.J.Cragg,R.WadeMartins,Proc.Nati.Acad.Sci.USA.2013,110,4016.)自20世纪60年代末以来，多巴胺药物的作用已在PD的临床诊断中得到认可、快速和特异性地测量多巴胺浓度的能力可以潜在地用于诊断PD，DA替代已成为治疗PD的重要方法。(KR.Chaudhuri and AHV.Schapira,Lancet.Neurol.2009,8,464.)当人多巴胺代谢异常或人体注射多巴胺用于治疗时，多巴胺浓度的变化也发生在人尿液代谢物中。因此，检测血浆和尿液中的多巴胺对人体神经系统异常的早期诊断和监测具有重要意义。
科研工作者开发出许多分析方法来检测DA，如：循环伏安法(CV)，高效液相色谱(HPLC)或HPLC-MS，气相色谱-质谱(GC-MS)和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)等。(K.Vuorensola,H.Sirén and U.Karjalainenc,J.Chromatogr.B.2003,788,277；A.El-Beqqali,A.Kussak and M.Abdel-Rehim,J.Sep.Sci.2007,30,421.)然而，这些方法不仅需要昂贵的仪器，而且需要长时间的氧化剂预处理过程，不利于快速简便的发现病人的状况。因此，需要开发一种灵敏度高、抗干扰能力强、结果准确、操作简单且快速测定DA的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，所制备的Tb3+-MOF材料既具有良好的结构稳定性，又具有优异荧光性能，适用于快速测定DA。
本发明的技术方案如下：
一种人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，其特征在于按照以下步骤制备：
(1)、制备化学组成为Zr6O4(OH)4(O2C-C6H2-CO2(CO2H)2)·xH2O的Zr基金属有机框架；
(2)、利用Zr基金属有机框架合成Tb3+-MOF材料。
Zr基金属有机框架通过加热回流的方法合成；Tb3+掺杂的Zr基金属有机框架通过混合搅拌的方法合成。
所述加热温度为100℃，所述回流时间为24h。
所述搅拌温度为30℃，搅拌时间为24h。
步骤(1)中合成Zr基金属有机框架的材料的原料配比为：0.001mol ZrCl4：0.0017mol H4btec：5ml H2O。
步骤(2)中合成Tb3+-MOF材料的原料配比为：100mg Zr基金属有机框架：0.001mol氯化铽：10ml乙醇。
制备的Tb3+-MOF材料的方法：Tb3+-MOF材料与荧光光谱仪联合使用进行人体中多巴胺含量检测。或者将所述Tb3+-MOF材料制成检测用试纸。
本发明的积极效果在于：
第一、本发明以Tb3+掺杂Zr基金属有机框架构成镧系发光MOF材料，通过对发光性能的研究，获得了对DA具有高选择性和灵敏度的材料。制备得到的Tb3+-MOF材料既具有良好的结构稳定性，又具有优异荧光性能。在水性环境中浸泡48h，晶体结构和荧光强度都不发生变化，具有良好的耐水性。材料本身的这些特性，使其在荧光传感领域具有潜在的应用。
第二、所制备的Tb3+-MOF材料属于无毒荧光传感器，该荧光传感器通过分析物和镧系元素的相互作用以及分析物和配体之间的能量竞争效应显示出对DA的高选择性和高灵敏性，DA对Tb3+-MOF材料的荧光淬灭效率呈现很好的浓度依赖性，并且不受其他物质的干扰；
第三、制备方法采用加热回流法与后合成法，该方法易于操作，耗费小，制备得到的MOF材料为标准的晶体结构。制备方法还具有操作简便，无毒，响应时间短的特点。
第四、所制备的Tb3+-MOF材料有宽的检测范围及低的检测限，浓度检测范围为0-350μM，检测限为0.06μM；
第五、所制备的Tb3+-MOF材料对DA可进行重复检测，即Tb3+-MOF材料经去离子水离心洗涤之后可以多次重复使用(至少5次)。
第六、所制备的Tb3+-MOF材料可制成便携式试纸用作实际应用。
附图说明
图1为本发明实施例中Tb3+-MOF材料的PXRD图谱；
图2为本发明实施例中Tb3+-MOF材料的透射电镜图；
图3为本发明实施例中Tb3+-MOF材料的TG曲线；
图4为本发明实施例中Tb3+-MOF材料的IR光谱；
图5为本发明实施例中Tb3+-MOF材料的XPS能谱；
图6为本发明实施例中Tb3+-MOF材料的特征发射光谱；
图7为本发明实施例中Tb3+-MOF材料分散在含有不同共存物质的水溶液中发光光谱；
图8为本发明实施例中Tb3+-MOF材料在不存在和存在DA的情况下发光响应的比较；
图9为本发明实施例中Tb3+-MOF材料发光强度和浓度的关系；
图10为本发明实施例中Tb3+-MOF材料荧光淬灭和浓度的线性拟合图；
图11为本发明实施例中Tb3+-MOF材料发光强度和时间的响应图；
图12为本发明实施例中Tb3+-MOF材料荧光传感的可重复使用性图；
图13为本发明实施例中Tb3+-MOF材料制做的便携式试纸传感图。
具体实施方式
为了有助于更清楚的理解本发明，下面将结合实施例和研究数据对本发明的技术方案进行进一步的说明。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：Zr基MOF材料的制备例。
本实施例提供了一种Zr基MOF材料，MOF材料的化学组成为：Zr6O4(OH)4(O2C-C6H2-CO2(CO2H)2)·xH2O。
所述的Zr基MOF材料的制备方法包括如下步骤：
将ZrCl4(0.2330g)，1,2,4,5-苯四甲酸(H4btec，0.4321g)和H2O(5mL)的混合物在室温下搅拌加入25mL圆底烧瓶中，然后在100℃下加热回流24小时，离心得到白色粉末状产物，用蒸馏水洗涤数次。为了除去包封在孔中的有机物质，将产物分散在蒸馏水中(每1g产物约10mL)并在回流下加热16小时。然后，通过离心回收固体，用乙醇洗涤，并在60℃下真空干燥，得到最终产物，产率为50％。
对获得的Zr基MOF材料进行粉末X射线(PXRD)图谱的表征和热重(TG)分析。图1给出了所得样品的PXRD图谱，可见成功合成了Zr基MOF材料。图2给出的TG曲线，表明Zr基MOF材料具有优异的热稳定性。图3给出的红外光谱(IR)进一步说明了Zr基MOF中自由羧基的存在。
实施例2：Tb3+-MOF材料的制备例。
本实施例提供了一种利用后合成制备方法，用来获得Tb3+-MOF材料，其具体制备过程如下：
通过将100mg实施例1制备的Zr基MOF材料和TbCl3(0.001M)在30℃的10mL乙醇中分散24h来制备Tb3+-MOF材料。通过离心分离并用乙醇洗涤数次除去过量的Tb3+后，将获得的白色产物在60℃下真空干燥8h即得Tb3+-MOF材料。
对获得的Tb3+-MOF材料进行粉末X射线(PXRD)图谱的表征和热重(TG)分析。图1给出了所得样品的PXRD图谱，对比Zr基MOF材料的晶体结构图谱，后合成的Tb3+-MOF材料在晶体结构上没有发生变化，说明镧系元素的掺杂不会影响晶格的完整性。图2给出了粉末的透射电镜图。图3给出的TG曲线，表明Tb3+-MOF材料具有优异的热稳定性。图4给出的IR曲线和图5给出的电子能谱(XPS)说明镧系元素的成功配位。
实施例3：荧光传感实验实施例。
本实施例使用实施例2中所制备的Tb3+-MOF材料进行荧光传感实验，具体实验过程如下：
将3mg的Tb3+-MOF材料分别浸泡在主要包含在血浆(KCl，NaCl，CaCl2，MgCl2，尿素，1-脯氨酸，葡萄糖，NaHCO3，DA)和尿液(尿素，肌酸酐，KCl，NaCl，DA)的化学物质中，经超声形成悬浮液后，测各个悬浮液的荧光光谱。
对实施例2中所制备的样品进行荧光光谱测试。图6记录了Tb3+-MOF的特征发射光谱。图7给出了各种物质混合悬浮液的发光光谱，从图中看出只有DA引起了强的荧光淬灭效应。图8给出了在这些物质共存的条件下加入DA的荧光光谱，看出在干扰其他物质共存的条件下不会影响DA的淬灭效应。
实施例4：DA检测实施例。
Tb3+-MOF材料与FLS980荧光光谱仪联合使用进行DA检测。
1、绘制线性拟合确定检测限(LOD)。
首先一系列不同浓度的DA溶液，浓度范围在0-350μM。在配置好的溶液中加入实施例2所获得的样品，在超声10min中，进行荧光测试并记录发光光谱(图9)。
如图9所示，在0-350μM包括并不仅限于的浓度范围内随着DA浓度从0增加到350μM，Tb3+-MOF悬浮液的发射强度逐渐降低。为了清楚的描述荧光淬灭现象，如图10所示，绘制了发光增强和浓度的线性拟合图。根据拟合的线性方程和LOD的公式3Sb/S，确定了DA的LOD为0.06μM。
2、DA响应时间的确定
将实施例2所获得的样品加入一定浓度的DA溶液中，记录随时间进行样品荧光光谱的变化。
图11显示了8分钟内时间相应荧光光谱的变化。随着时间的增加，样品的荧光强度很快降低。当用DA溶液处理样品仅不足1分钟时，544nm处的最高峰就出现很大程度的降低，表明DA诱导的荧光淬灭反应很快。
实施例5：Tb3+-MOF材料的重复使用测试例。
在使用实施例2所制备的Tb3+-MOF传感器检测DA之后，用去离子水将Tb3+-MOF材料洗涤三次，然后再次检测DA，重复操作5次，记录Tb3+-MOF材料的发光光谱。DA对含Tb3+-MOF材料的荧光淬灭效应几乎保持不变，未观察到明显的损失。该荧光传感具有优异的重复使用特性(如图12所示)。
实施例6：DA便携式试纸的制作实施例。
将Tb3+-MOF材料的乙醇分散液滴在1*3cm的滤纸条带上，然后在室温下干燥。为了可视化的确定多巴胺的浓度，将不同浓度的多巴胺溶液滴到条带上1分钟并在实验室环境下干燥。接着记录这些试纸在254nm紫外灯照射下的光学图像。如图13所示，随着DA含量的增加，试纸的发光颜色从亮绿色变为淡绿色，最后基本无色。这种颜色的变化可以很容易的通过肉眼区分，从而可以初步地判定DA的水平。
最后应说明的是：以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，其特征在于按照以下步骤制备：
(1)、制备化学组成为Zr6O4(OH)4(O2C-C6H2-CO2(CO2H)2)·xH2O的Zr基金属有机框架；
(2)、利用Zr基金属有机框架合成Tb3+-MOF材料。
2.如权利要求1所述的人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，其特征在于：Zr基金属有机框架通过加热回流的方法合成；Tb3+掺杂的Zr基金属有机框架通过混合搅拌的方法合成。
3.如权利要求2所述的人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，其特征在于所述加热温度为100℃，所述回流时间为24h。
4.如权利要求2所述的人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，其特征在于所述搅拌温度为30℃，搅拌时间为24h。
5.如权利要求1或2或3或4所述的人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中合成Zr基金属有机框架的材料的原料配比为：0.001molZrCl4：0.0017molH4btec：5ml H2O。
6.如权利要求1或2或3或4所述的人体中多巴胺含量检测材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中合成Tb3+-MOF材料的原料配比为：100mg Zr基金属有机框架：0.001mol氯化铽：10ml乙醇。
7.权利要求1-6任意一项制备的Tb3+-MOF材料的方法，其特征在于：Tb3+-MOF材料与荧光光谱仪联合使用进行人体中多巴胺含量检测。
8.权利要求1-6任意一项制备的Tb3+-MOF材料的方法，其特征在于：将所述Tb3+-MOF材料制成检测用试纸。
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