CN111218118B - 一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器 - Google Patents

一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN111218118B
CN111218118B CN201911370725.9A CN201911370725A CN111218118B CN 111218118 B CN111218118 B CN 111218118B CN 201911370725 A CN201911370725 A CN 201911370725A CN 111218118 B CN111218118 B CN 111218118B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zif
comn
cnf
aptamer
syn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911370725.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111218118A (zh
Inventor
崔静
何领好
宋英攀
王明花
贾巧娟
张治红
阚伦
荣飞龙
娄亚非
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University of Light Industry
Original Assignee
Zhengzhou University of Light Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University of Light Industry filed Critical Zhengzhou University of Light Industry
Priority to CN201911370725.9A priority Critical patent/CN111218118B/zh
Publication of CN111218118A publication Critical patent/CN111218118A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111218118B publication Critical patent/CN111218118B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00—Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/008—Supramolecular polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
    • C08K13/04—Ingredients characterised by their shape and organic or inorganic ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06—Elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G01N27/3278—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction involving nanosized elements, e.g. nanogaps or nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/5308—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for analytes not provided for elsewhere, e.g. nucleic acids, uric acid, worms, mites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0843—Cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2262—Oxides; Hydroxides of metals of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2289—Oxides; Hydroxides of metals of cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明属于金属有机框架材料技术领域，具体涉及一种CoMn‑ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法，还涉及一种适体传感器。本发明的CoMn‑ZIF@CNF纳米复合材料包括一维的碳纳米纤维基体和生长在所述碳纳米纤维基体表面的二维纳米片，所述二维纳米片包括CoMn‑ZIF纳米片以及镶嵌在CoMn‑ZIF纳米片中的钴单质、钴氧化物以及锰氧化物纳米颗粒。本发明的CoMn‑ZIF@CNF纳米复合材料由二维的CoMn‑ZIF以及一维的CNF组成，兼具不同尺寸结结构的优点，具有较大的比表面积、长径比和高电荷传输效率。采用本发明的CoMn‑ZIF@CNF纳米复合材料构建的适体传感器具有较高的灵敏度。

Description

一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器
技术领域
本发明属于金属有机框架材料技术领域，具体涉及一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法，还涉及一种采用上述CoMn-ZIF@CNF的适体传感器。
背景技术
医学研究表明α-突触核蛋白(α-Syn)组成的神经元蛋白聚集体可能是帕金森病的主要致病因素。因此，α-Syn的检测对于帕金森病的诊断以及治疗有着重要的意义。目前，已有一系列的检测α-Syn单体的方法如共聚焦纳米扫描、酶联免疫吸附测定、荧光测定等，但是现有的方法中存在成本高、准确度不高的问题，因此探索新颖、简单、经济的α-Syn的检测分析方法迫在眉睫。
核酸适体传感器是一类新型的检测分析方法，能够实现对生物标记物、重金属离子、抗生素和活癌细胞的灵敏检测。核酸适体传感器中首先采用电极修饰材料要对电极进行表面修饰，然后由电极修饰材料来吸附、固定核酸适体。因此所用电极修饰材料对传感器的检测性能具有重要的影响。
沸石咪唑酯骨架材料(ZIF)是一类由金属离子与咪唑类配体连接而成的多孔金属-有机骨架材料，具有类沸石拓扑结构的三维四面体结构，表现出较好的热稳定性和化学稳定性从而被广泛应用于生物传感领域。但是当ZIF作为电极修饰材料时，其电化学活性较低，因此使得构建的传感器的灵敏度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料，该纳米复合材料具有较高的电化学活性。
本发明的目的还在于提供一种上述CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法。
本发明的目的还在于提供一种采用上述CoMn-ZIF@CNF的适体传感器，该适体传感器具有较高的检测灵敏度。
为实现上述目的，本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法采用的技术方案为：
一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料，由包括一维的碳纳米纤维基体和生长在所述碳纳米纤维基体表面的二维纳米片，所述二维纳米片包括CoMn-ZIF纳米片以及镶嵌在CoMn-ZIF纳米片中的钴单质、钴氧化物以及锰氧化物纳米颗粒。
本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料中包括一维的碳纳米纤维(CNF)以及二维的CoMn-ZIF纳米片，并且CoMn-ZIF纳米片生长在CNF的表面。本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料中CoMn-ZIF为金属中心为Co以及Mn的ZIF材料，具有空腔特征、较大的比表面积和优异的生物相溶性；CNF具有较好的导电性。本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料为二维/一维的分级异质结构，将CoMn-ZIF与CNF结合在一起，CNF能够显著增强CoMn-ZIF的电化学活性，同时钴氧化物以及锰氧化物中的钴以及锰具有较高的价态，从而本由CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料构建的传感器具有较高的灵敏度。
所述钴氧化物为CoO和Co3O4；所述锰的氧化物为MnO2和Mn2O3。高价态的钴以及锰如Co3+、Mn3+、Mn4+，可改善CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料对适配体的固定能力。
所述CNF由聚丙烯腈纤维碳化制得。聚丙烯腈纤维碳化而成的CNF为多孔材料，具有较高的比表面积，有利于CoMn-ZIF的生长。其中聚丙烯腈纤维由聚丙烯腈经静电纺丝制得。
上述CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法采用的技术方案为：
一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：将可溶性钴盐、可溶性锰盐、CNF以及咪唑基配体于溶剂中进行预反应，所述预反应为在室温下反应10～20min，得固相产物；然后将所得固相产物于含可溶性钴盐、可溶性锰盐的溶剂中进行溶剂热反应，后处理即得。
本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法简单，并且制得的纳米复合材料的结构符合要求。其中所用溶剂为甲醇。本发明的制备方法中的后处理为常见的液固反应后的处理过程如固液分离、过滤以及干燥等。
优选的，溶剂热反应的温度为100～150℃，时间为1～2h。
通过调控钴与锰的摩尔比来调节合成的CoMn-ZIF中钴和锰的状态，从而进一步优化CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的性能，优选的，预反应以及溶剂热反应时，可溶性钴盐中的钴与可溶性锰盐中的锰的摩尔比均为(1：3)～(3：1)。其中预反应以及溶剂热反应时，可溶性钴盐中的钴与可溶性锰盐中的锰的摩尔比可以相同也可以不同。
优选的，所述可溶性钴盐为硝酸钴，可溶性锰盐为硝酸锰，咪唑基配体为2-甲基咪唑。
通过调节金属中心与有机配体的摩尔比来优化CoMn-ZIF结构，优选的，预反应时，可溶性钴盐、可溶性锰盐中钴与锰两种元素与2-甲基咪唑的摩尔比为(1～2)：4。
优选的，预反应时，1g CNF对应的咪唑基配体的量为15～20mM。
本发明的适体传感器采用的技术方案为：
一种适体传感器，包括电极基体饰在电极表面的电极修饰材料以及固定在电极修饰材料上的核酸适体，所述电极修饰材料为上述CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料。
本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料作为电极修饰材料时，由于CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料独有的多层次一维/二维纳米结构、丰富的N基官能团、不同价的过渡金属离子(Co2+/Co3+和Mn3+/Mn4+)以及低结晶度等特征，具有优异的核酸适体锚定能力；并且本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料具有较高的电化活性，能够显著提高适体传感器的检测灵敏度。同时本发明的适体传感器兼具良好的选择性、高稳定性、重复性和再生性。
优选的，电极表面电极修饰材料的含量为0.01～0.1μg/mm2。进一步优选的，电极表面电极修饰材料的含量为0.034μg/mm2。
所述核酸适体为α-Syn靶向适体，所用α-Syn靶向适体的序列为：5'-TTTTTGGTGGCTGGAGGGGGCGCGAACG-3'。本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料使得α-Syn靶向适体链通过π-π堆叠，静电和氢键作用固定其表面，并且能够稳定α-Syn靶向适体与α-Syn形成的G-四联体复合物，从而使适体传感器在检测α-Syn时具有较好的再现性以及稳定性。
进一步优选的，当核酸适体为α-Syn靶向适体的核酸适体传感器用于检测α-Syn时的检测时间为60min。
上述适体传感器的制备方法，包括以下步骤：将含电极修饰材料的分散液涂覆在电极基体，然后干燥得修饰电极，然后在修饰电极上固定核酸适体，即得。所述在修饰电极上述固定核酸适体具体包括以下步骤：将修饰电极置于核酸适体溶液中1～2h；所述核酸适体溶液的浓度低于100nM。
附图说明
图1为本发明制备CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的流程示意图；
图2为本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的SEM图，其中(a)、(b)为CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料的SEM图；(c)、(d)为CoMn-ZIF@CNF(1-1)纳米复合材料的SEM图；(e)、(f)为CoMn-ZIF@CNF(3-1)纳米复合材料的SEM图；
图3为本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的TEM图，其中(a)～(c)为CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料的TEM以及HR-TEM图；(d)～(f)为CoMn-ZIF@CNF(1-1)纳米复合材料的TEM以及HR-TEM图；(g)～(i)为CoMn-ZIF@CNF(3-1)纳米复合材料的TEM以及HR-TEM图；
图4为本发明的实施例1～3的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料以及对比例1中CoMn-ZIF的XRD图；
图5为本发明的实施例1～3的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料以及对比例1中的CoMn-ZIF的FTIR图；
图6为本发明的实施例1～3的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料以及对比例1中的CoMn-ZIF的拉曼图谱；
图7为本发明的实施例1～3的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料以及对比例1中的CoMn-ZIF的XPS全谱图；
图8为本发明的实施例1～3的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料以及对比例1中的CoMn-ZIF的Co元素的高分辨XPS谱图；
图9为本发明的实施例1～3的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料以及对比例1中的CoMn-ZIF的Mn元素的高分辨XPS谱图；
图10为本发明的试验例3中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器的EIS测试结果；
图11为本发明的试验例3中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-1)/AE适体传感器的EIS测试结果；
图12为本发明的试验例3中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(3-1)/AE适体传感器的EIS检测结果；
图13为本发明的采用不同材料构建适体传感器中各阶段的△Rct；
图14为本发明的试验例4中采用不同含量的电极修饰材料对各阶段△Rct的影响；
图15为本发明的试验例5中采用不同浓度的核酸适体对△Rct的影响；
图16为本发明的试验例6中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在检测α-Syn过程中不同检测时间的EIS曲线；
图17为本发明的试验例6中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在检测α-Syn过程中Rct与检测时间的关系曲线；
图18为本发明的试验例7中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在检测α-Syn时不同的α-Syn溶液的EIS曲线；
图19为本发明的试验例7中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在检测α-Syn时△Rct与α-Syn溶液的关系曲线；
图20为图19中的关系曲线的拟合；
图21为本发明的试验例8中Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在检测不同物质时的△Rct；
图22为本发明的试验例9中不同的Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器检测α-Syn时△Rct；
图23为本发明的试验例9中单个Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器连续检测5次α-Syn时△Rct；
图24为本发明的试验例9中单个Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器连续15天检测α-Syn时△Rct。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例中所用试剂均为分析级，无需进一步纯化。其中：Co(NO3)2·6H2O、Mn(NO3)2·4H2O以及2-甲基咪唑从Aladdin Reagent Co.Ltd(中国上海)获得。聚丙烯腈(PAN，Mw＝150000)从Aldrich公司购买。K3[Fe(CN)6]，K4[Fe(CN)6]，Na2HPO4，KH2PO4，KCl、NaCl和N,N-二甲基甲酰胺(DMF，AR)购自Sinopharm化学试剂公司。α-突触核蛋白(α-Syn)、骨桥蛋白(OPN)、前列腺特异性抗原(PSA)、免疫球蛋白G(IgG)、牛血清白蛋白(BSA)、肌红蛋白(Myo)和心肌肌钙蛋白-T(cTnT)购自索莱宝生物科技有限公司(中国上海)。人血清购自索莱宝生物科技有限公司。所用水均为电阻率为18.2MΩ·cm的去离子水。
所用PBS缓冲溶液的浓度为0.1M，pH为7.4，具体配置方法为：将1.44gNa2HPO4、0.24gKH2PO4、8gNaCl和0.2gKCl溶于1000mL去离子水中，即得。
进行EIS测试时所用电解质溶液的浓度为5mM，具体配置方法为：将1.65g K3[Fe(CN)6]以及2.11g K4[Fe(CN)6]溶于PBS缓冲溶液中，然后在4℃温度下存贮备用。
所用α-Syn适体溶液为将α-Syn靶向适体分散与于PBS缓冲溶液中配制而成。
所用α-Syn溶液为将α-Syn分散与于PBS缓冲溶液中配制而成。
所用干扰物的溶液为将干扰物分散与PBS缓冲溶液中配制而成。
一、CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法的实施例
实施例1
本实施例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备过程的流程如图1所示，包括以下步骤的方法制得：
(1)将聚丙烯腈采用静电纺丝法制成聚丙烯腈纤维(静电纺丝时的具体参数为：电压15kV，接收器到针头的距离为15cm，流速为0.8mL/min)，然后将聚丙烯腈纤维经过预氧化(预氧化条件为：在260℃温度下保温90min，升温至260℃时的升温速率为1℃/min)、和碳化形成CNF(碳化条件为：在800℃温度下保温3h，升温速率为2℃/min，氮气气氛)；
(2)将2mM的Co(NO3)2·6H2O和2mM的Mn(NO3)2·4H2O溶于30mL MeOH并经磁力搅拌形成溶液I，配制两份溶液I；
(3)将1g CNF和16mM的2-甲基咪唑溶于30mL的MeOH中，搅拌形成溶液II，然后与步骤(1)中的其中一份溶液I混合并磁力搅拌15min进行预反应，然后离心、过滤得固相产物，对固相产物用MeOH洗涤3次后将其分散在15mL MeOH中并与另一份溶液I混合，得混合液；
(4)将混合液转移至100mL的高压釜中于120℃反应1h，然后过滤得固体，然后对固体洗涤并在60℃干燥12h，即得。并将本实施例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料标记为CoMn-ZIF@CNF(1-1)。
实施例2
本实施例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料结构与实施例1相同，其制备过程与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤(3)中Co(NO3)2·6H2O为2mM，Mn(NO3)2·4H2O为6mM，所得CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料标记为CoMn-ZIF@CNF(1-3)。
实施例3
本实施例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料结构与实施例1相同，其制备过程与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤(3)中Co(NO3)2·6H2O为6mM，Mn(NO3)2·4H2O为2mM，所得CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料标记为CoMn-ZIF@CNF(3-1)。
二、CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料实施例
实施例4
本实施例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料为由实施例1的制备方法制得的CoMn-ZIF@CNF(1-1)，由包括一维的碳纳米纤维基体和生长在所述碳纳米纤维基体表面的二维纳米片，所述二维纳米片包括CoMn-ZIF纳米片以及镶嵌在CoMn-ZIF纳米片中的Co、CoO、Co3O4纳米颗粒以及MnO2和Mn2O3氧化物颗粒。
实施例5
本实施例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料为由实施例2的制备方法制得的CoMn-ZIF@CNF(1-3)，其结构与实施例4中的CoMn-ZIF@CNF(1-1)的结构相同。
实施例6
本实施例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料为由实施例2的制备方法制得的CoMn-ZIF@CNF(3-1)，其结构与实施例4中的CoMn-ZIF@CNF(1-1)的结构相同。
三、适体传感器的实施例
实施例7
本实施例的适体传感器Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-1)/AE由金电极、修饰在电极表面的电极修饰材料以及固定在电极修饰材料上的α-Syn靶向适体组成。电极修饰材料为实施例4中的CoMn-ZIF@CNF(1-1)纳米复合材料，电极修饰材料的含量为0.034μg/mm2。
本实施例的适体传感器由包括以下步骤的方法制得：
(1)采用0.5μm的氧化铝粉在麂皮上对金电极进行物理抛光处理，然后将金电极在piranha溶液(H2SO4：H2O2＝7:3(v/v))浸泡15min后，分别以无水乙醇、去离子水超声5min；然后取出金电极吹干，采用循环伏安法(CV)在0.5M的H2SO4(-0.2～1.6V)中进行活化处理，然后用Milli-Q水冲洗并在氮气下干燥，得预处理后的金电极；
(2)将1mg CoMn-ZIF@CNF(1-1)分散在1mL去离子水中并超声均匀，得悬浮液；将悬浮液采用去离子水稀释至浓度为0.2mg·mL-1，然后将5μL稀释后的悬浮液滴在预处理后的金电极上，然后于室温氮气下干燥，得CoMn-ZIF@CNF(1-1)/AE；
(3)将CoMn-ZIF@CNF(1-1)/AE在4℃浸于浓度为100nM的α-Syn适体溶液中2h，取出后用PBS冲洗并于氮气气氛下干燥，即得。
实施例8
本实施例的适体传感器Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE由金电极、修饰在电极表面的电极修饰材料以及固定在电极修饰材料上的α-Syn靶向适体组成。电极修饰材料为实施例5中的CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料，电极修饰材料的含量为0.034μg/mm2。
本实施例的适体传感器由包括以下步骤的方法制得：
(1)采用0.5μm的氧化铝粉在麂皮上对金电极进行物理抛光处理，然后将金电极在piranha溶液(H2SO4：H2O2＝7:3(v/v))浸泡15min后，分别以无水乙醇、去离子水超声5min；然后取出金电极吹干，采用循环伏安法(CV)在0.5M的H2SO4(-0.2～1.6V)中进行活化处理，然后用Milli-Q水冲洗并在氮气下干燥，得预处理后的金电极；
(2)将1mg CoMn-ZIF@CNF(1-3)分散在1mL去离子水中并超声均匀，得悬浮液；将悬浮液采用去离子水稀释至浓度为0.2mg·mL-1，然后将5μL的稀释后的悬浮液滴在预处理后的金电极上，然后于室温氮气下干燥，得CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE；
(3)将CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在4℃浸于浓度为100nM的α-Syn适体溶液中2h，取出后用PBS冲洗并于氮气气氛下干燥，即得。
实施例9
本实施例的适体传感器Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(3-1)/AE由金电极、修饰在电极表面的电极修饰材料以及固定在电极修饰材料上的α-Syn靶向适体组成。电极修饰材料为实施例3中的CoMn-ZIF@CNF(3-1)纳米复合材料，电极修饰材料的含量为0.034μg/mm2。
本实施例的适体传感器的制备方法基本与与实施例7相同，区别仅在于：将CoMn-ZIF@CNF(1-1)纳米复合材料替换为实施例3的CoMn-ZIF@CNF(3-1)纳米复合材料。
四、对比例部分
对比例1
本对比例的CoMn-ZIF，由包括以下步骤的方法制得：
(1)将2mM的Co(NO3)2·6H2O和2mM的Mn(NO3)2·4H2O溶于30mL MeOH并经磁力搅拌形成溶液I，配制两份溶液I；
(2)将16mM的2-甲基咪唑溶于30mL的MeOH中，搅拌形成溶液II，然后与步骤(1)中的其中一份溶液I混合并磁力搅拌15min进行预反应，然后离心、过滤得固相产物，对固相产物用MeOH洗涤3次后将其分散在15mL MeOH中并与另一份溶液I混合，得混合液；
(3)将混合液转移至100mL的高压釜中于120℃反应1h，然后过滤得固体，然后对固体洗涤并在60℃干燥12h，即得。并将本对比例的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料标记为CoMn-ZIF。
对比例2
本对比例的Aptα-Syn/CoMn-ZIF/AE由金电极、修饰在电极表面的电极修饰材料以及附着在电极修饰材料上的α-Syn靶向适体组成。电极修饰材料为对比例1中的CoMn-ZIF，其含量为0.034μg/mm2。
五、试验例部分
(一)、CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的测试
试验例1：形貌测试
本试验例对实施例4～6中的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料进行TEM测试以及SEM测试。其中SEM测试所用设备为日本岛津公司的JSM-6490LV型设备，具体制样过程为：将待测样品取样涂于导电胶上，经过表面喷金处理后，放入电镜样品室中进行观察。TEM测试所用设备为日本岛津公司的JEM-2100(UHR)(场发射电子枪加速电压为200kV)，具体制样过程为：将待测样品超声后分散于去离子水中，并将其滴在到碳支撑膜铜网上用于测试。
SEM测试结果如图2所示，其中(a)、(b)为实施例5中的CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料的SEM图；(c)、(d)为实施例4中的CoMn-ZIF@CNF(1-1)纳米复合材料的SEM图；(e)、(f)为实施例6中的CoMn-ZIF@CNF(3-1)纳米复合材料的SEM图。
TEM测试结果如图3所示，其中(a)～(c)为实施例5中的CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料的TEM以及HR-TEM图；(d)～(f)为实施例4中的CoMn-ZIF@CNF(1-1)纳米复合材料的TEM以及HR-TEM图；(g)～(i)为实施例6中的CoMn-ZIF@CNF(3-1)纳米复合材料的TEM以及HR-TEM图。
由图2可知，本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料中CoMn-ZIF为高度多孔的二维纳米片，垂直生长在一维的CNF表面。CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的直径随Co和Mn的比例不同而不同，CoMn-ZIF@CNF(1-3)的直径约为400nm，CoMn-ZIF@CNF(1-1)的直径约为650nm，CoMn-ZIF@CNF(3-1)的直径约为800nm。其中CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料具有光滑的一维CNF表面和最小尺寸的二维CoMn-ZIF纳米片。
图3的TEM测试结果进一步表明CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料中CoMn-ZIF在CNF表面生长，其中CoMn-ZIF@CNF(1-3)中层状和超薄的CoMn-ZIF纳米片紧密生长在CNF表面(图3(a)和(b))，CoMn-ZIF@CNF(1-1)(图3(d)和(e))和CoMn-ZIF@CNF(3-1)(图3(g)和(h))中CoMn-ZIF与CNF之间的结合力较弱，呈较为松散的结构。
HR-TEM(图3中的(c)、(f)、(i))表明，本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料中Co与Mn除了与2-甲基咪唑配位形成CoMn-ZIF纳米片外，还形成了较小尺寸的立方金属Co(111晶面，晶格间距为0.205nm)、Co的氧化物以及Mn的氧化物纳米颗粒并镶嵌在二维CoMn-ZIF中。其中Co的氧化物为Co3O4((311)晶面，晶格间距为0.241nm)以及CoO((220)晶面，晶格间距为0.220nm)，Mn的氧化物为Mn2O3((220)晶面，晶格间距为0.471nm)。
SEM以及TEM测试结果表明，本发明的CoMn-ZIF复合材料具有二维/一维分级异质结构：二维结构由超薄CoMn-ZIF纳米片组成，并在一维CNF结构自组装形成分级异质结构。该分层结构兼具不同尺寸度结构的优点，具有更大表面积、长径比和高电荷传输效率，从而提高能够传感性能。
试验例2：化学组成以及晶体结构表征
本试验例对实施例4～6的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料以及对比例1中的CoMn-ZIF分别进行了XRD、FTIR、拉曼以及XPS测试，测试结果如图4～9所示。
XRD测试时所用设备为Rigaku D/Max-2500型XRD分析仪，X射线发生器为Cu旋转阳极靶(40kV，200mA)，测角仪的精度(2θ)为0.002°；X射线发生器稳定度为0.01％；扫描速度为5°/min。测试结果如图4所示。
FTIR测试结果如图5所示，拉曼测试结果如图6所示。
XPS测试时所用设备为VG scientific ESCA 2000的X-射线光电子能谱仪，使用AlKα(hv＝1486.71eV)作为X射线能量源。待测样品干燥后，取适量样品压片制样后进行测试。测试结果如图7～9所示。
图4中，在CoMn-ZIF的XRD图谱中于2θ＝10.3°，20.5°，33.6°，37.4°和58.9°处出现衍射峰，分别对应CoMn-ZIF的(003)，(006)，(012)，(015)和(110)晶面。实施例4～6中的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的峰与CoMn-ZIF的XRD基本一致。表明CNF对CoMn-ZIF的晶型没有影响。并且实施例4～6中的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的XRD基本一致，表明采用可溶性钴盐以及可溶性锰盐的量对CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的晶型结构没有影响。
图5的FTIR测试结果表明，实施例4～6的纳米复合材料3430cm-1处出现O-H伸缩振动峰(该峰为CNF表面吸收的水的特征峰)，在2915cm-1和2810cm-1处的弱吸收峰归因于C-H伸缩振动，在1635cm-1和1380cm-1出现与2-甲基咪唑C＝N和CH3基团相关的特征峰。在1050cm-1处出现的峰由MeOH的-OH伸缩振动引起。另外，处于55cm-1为M-O的伸缩振动特征峰(M表示Co或Mn)。CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料显示出与CoMn-ZIF类似的FTIR峰。
图6的拉曼测试结果表明，CoMn-ZIF二维纳米片在465.3cm-1和510.6cm-1的峰分别对应Co-O晶相的Eg和F2g 2振动峰。在673.06cm-1出现的峰对应Co-O晶相的A1g。相比CoMn-ZIF纳米片，CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料在1341cm-1和1597cm-1附近新的出现典型的，对应无序碳的G峰和sp2的石墨碳D峰。相比CoMn-ZIF纳米片，实施例4～6的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料在1341cm-1和1597cm-1附近新的出现典型的，对应无序碳的G峰和sp2的石墨碳D峰。
图7～9的XPS测试结果表明，CoMn-ZIF的XPS图谱中清晰出现Co 2p(787.7eV)，O1s(531.9eV)和C1s(285.1eV)信号以及Mn 2p(647eV)和N1s(404.9eV)的弱峰，Co 2p的峰强度远大于Mn 2p的峰强度，表明CoMn-ZIF中Co2+具有较高的含量。
高分辨XPS对Co和Mn元素的化学环境和价态分析，如图8和图9所示。经过对谱图分析可知：Co 2p的XPS光谱中心位于779.4eV和794.6eV，分别对应Co 2p3/2和Co 2p1/2。二者间的自旋分离能为15.2eV，证明了Co2+和Co3+的存在。此外，位于797.6eV和780.9eV的两个峰进一步证明了Co2+和Co3+共存。CoMn-ZIF和CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的Mn2p XPS光谱中Mn 2p3/2和Mn 2p1/2的能带中心位于641.6和653.5eV。Mn 2p3/2峰进一步分为Mn3+(641.4eV)和Mn4+(642.5eV)两个峰，而Mn 2p1/2分为Mn3+(652.9eV)和Mn4+(654.4eV)两个峰。上述结果表明了Mn3+和Mn4+，以及Co2+和Co3+同时存在。由XPS测试结果可以看出，锰的氧化物不只有Mn2O3，还有MnO2。
CoMn-ZIF的配位金属中心为Co2+和Mn2+。当过量的Co2+和Mn2+加入体系中，部分金属离子与有机配体进行配位，而未参与配位的金属离子被氧化成高价态(如Co3+、Mn3+、Mn4+)，可极大改善对适配体的固定能力。
(二)、电化学性能测试
试验例3
本试验例对实施例11中的适体传感器Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE进行EIS测试，测试结果如图10示。
图10中AE的EIS测试曲线为裸电极AE的EIS曲线，AE的Rct值为111.7Ω，表明其优异的电化学活性。CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE为将CoMn-ZIF@CNF(1-3)修饰在AE后得到的材料的曲线(具体修饰过程同实施例8中的步骤(2))，结果表明Rct值增加至198Ω，电化学性能降低，说明CoMn-ZIF@CNF(1-3)层的存在阻碍了电极和电解质溶液之间的电子转移。但是与其他用作配适体传感器平台的MOF材料相比如Tb-MOF-on-Fe-MOF、CeFe-MOF、ZrHf-MOF、FeTi-MOF以及Zr-MOF，CoMn-ZIF@CNF(1-3)仍具有较小的Rct值和优异的电化学活性(如表2所示)。
表2 CoMn-ZIF@CNF(1-3)与其他已报道的MOFs材料的电化学活性
Figure BDA0002339592340000111
Figure BDA0002339592340000121
图10中，Apt/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE即为适体传感器的EIS测试曲线，测试结果表明Rct进一步增加至408Ω，说明适体链的存在进一步阻碍了材料界面与电解液之间的电子转移。其α-SYN/Apt/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE为适体传感器中的适体与α-Syn结合(具体测试方法为：先将Apt/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在10pg·mL-1的α-Syn溶液中浸泡2h，然后取出置于电解液中测试)后的EIS曲线，Rct为714.6Ω，表明适体与α-Syn之间因特定靶向结合形成G-四联体复合物进一步阻碍电子转移，导致Rct值增大。
另外，参照上述Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器的EIS测试过程，分别对实施例7中的Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-1)/AE适体传感器、实施例9的Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(3-1)/AE适体传感器进行EIS测试，测试结果分别如图6和图7所示。由图11以及图12可知，由三种纳米复合材料构建的传感器的EIS曲线形状相似，Rct值均随适体传感器用材料修饰、适体固定及与α-Syn适配的过程逐极增加。但是所用适体传感器用材料不同，所构建的的生物传感器表现出不同的Rct值(EIS曲线)，表明其对α-Syn具有不同的传感性能。进行EIS测试时同时对对比例2中的Aptα-Syn/CoMn-ZIF/AE适体传感器进行EIS测试。不同的电极修饰材料构建不同的适体传感器的过程中以及检测α-Syn后的Rct值如表3所示。
表3 CoMn-ZIF@CNF系列传感器在构筑和检测α-Syn过程中Rct值的变化
Figure BDA0002339592340000122
在构建适体传感器的每一过程中Rct值的差异△Rct值(△Rct＝Rct，i+1-Rct，i)表示各过程附加层量，如图13所示。因此，可以利用构建适体传感器每个过程的△Rct值比较它们的传感效率。以电极修饰材料为CoMn-ZIF为例，对图8进行说明：其中Rct,material-Rct,AE为采用适体传感器用材料修饰电极后的Rct－裸AE的Rct，Rct,Apt-Rct,material为固定适体后的适体传感器的Rct－采用适体传感器用材料修饰电极后的Rct，Rct,α-SYN－Rct,Apt检测α-Syn后的适体传感器的Rct-固定适体后的适体传感器的Rct。
结合表3以及图10～13可以看出，本发明的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的△Rct明显低于CoMn-ZIF，说明CNF的存在显着增强CoMn-ZIF纳米片的电化学活性，从而增强α-Syn检测的电化学信号。而本发明的不同的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的△Rct值相差不大，表明其具有相近的电化学活性。然而，在固定适体后，CoMn-ZIF@CNF(1-3)测出的△Rct值最大(198Ω)，检测α-Syn时△Rct值也较大(306.6Ω)，表明其优异的适体链锚定能力和检测效率。试验例2的测试结果已证明，CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料具有丰富的氮官能团、多孔纳米结构、低结晶度以及大比表面积。这些因素间的协同作用不仅可以增强适体链固定，还能稳定配适体和α-Syn之间形成的G-四联体复合物。因此CoMn-ZIF@CNF(1-3)作为最佳构建传感平台的材料用于后续α-Syn检测。
(三)、优化试验
试验例4：适体传感器用材料的含量对适体传感器的灵敏度的影响
本试验例以CoMn-ZIF@CNF(1-3)为例，测定不同质量的CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料修饰电极后的适体传感器的灵敏度。
分别参照实施例8的适体传感器的制备方法，步骤(2)中分别采用浓度为0.1，0.2和0.5mg·mL-1浓度的CoMn-ZIF@CNF(1-3)悬浮液(不同浓度的悬浮液均由1mg·mL-1的悬浮液稀释得到)对AE电极修饰，构建电极表面CoMn-ZIF@CNF(1-3)的含量分别为0.017、0.034、0.088μg/mm2的适体传感器。并对适体传感器各步骤的EIS测试，测得△Rct的结果如图14示。
由图14知，AE经CoMn-ZIF@CNF(1-3)浓度为0.1和0.5mg·mL-1CoMn-ZIF@CNF(1-3)的悬浮液修饰后AE的△Rct值相差不大，而经0.2mg·mL-1CoMn-ZIF@CNF(1-3)修饰后显示出最大△Rct值。在固定适体后检测α-Syn时△Rct值随所用CoMn-ZIF@CNF的浓度增加而增加，因为低浓度下的CoMn-ZIF@CNF(0.1mg·mL-1)不能完全覆盖电极表面，导致对适体固定不足。CoMn-ZIF@CNF(1-3)(0.2mg·mL-1)对AE表面完全覆盖，一方面增强了电化学性能，另一方面提高适体与α-Syn的结合效率，提高了检测灵敏性检测。但当CoMn-ZIF@CNF(1-3)浓度进一步增大(>0.5mg·mL-1)时，CoMn-ZIF@CNF层因厚度较大易于从电极脱落，导致适体传感器的内部电子传输。因此，浓度为0.2mg·mL-1的CoMn-ZIF@CNF(1-3)悬浮液作为构建传感器的最优实验条件。
试验例5：适体浓度对适体传感器的灵敏度的影响
本试验例以CoMn-ZIF@CNF(1-3)为例，测定0.2mg·mL-1的CoMn-ZIF@CNF(1-3)悬浮液修饰电极后采用不同浓度的适体溶液构建的适体传感器的灵敏度。
分别参照实施例8的适体传感器的制备方法，步骤(3)中将CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE在4℃浸于不同浓度的α-Syn适体溶液(10，20，50，100和200nM)中2h。然后将制得的适体传感器对α-Syn进行EIS测试，并得出α-Syn检测过程中ΔRct值随适体浓度的变化，测试结果如图15。
从图15中可以看出当适体浓度<100nM时，ΔRct值随适体浓度增加而增加，到达100nM时，ΔRct达到平衡，继续增加适体浓度，ΔRct值不再发生变化。随适体浓度增加，CoMn-ZIF@CNF(1-3)表面吸附的适体链也越来越多，并与越来越多的α-Syn分子作用形成G-四联体复合物，从而引起ΔRct值增加。因此，浓度为100nM的适体溶液用于制备CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器。
试验例6：其他条件的优化
采用EIS方法对CoMn-ZIF@PAN(1-3)基适体传感器(制备过程中CoMn-ZIF@CNF(1-3)悬浮液的浓度为0.2mg·mL-1，所用适体浓度为100nM)的α-Syn检测动力学做了进一步研究，根据适体与α-Syn的结合时间得出的EIS曲线及计算的ΔRct值随时间趋势分别如图16、图17所示。
从图16和图17中可以看出，ΔRct值在前60min随时间增加而线性增加。但当结合时间>60min，表明此时α-Syn和适体链特异性结合达到饱和。基于上述实验条件优化结果，基于CoMn-ZIF@CNF基适体传感器的最佳测量条件为采用浓度为0.2mg·mL-1的CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料修饰修饰电极，检测α-Syn所用适体浓度为100nM、检测时间为60min。
(四)适体传感器的性能评价
对上述试验例4～6中确定的最佳条件构建CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器，并且根据最佳检测时间评定适体传感器的最低检测限、选择性、稳定性、再现性和适用性。
试验例7：最低检测限测试
对于新型适体传感器而言，从检测限(LOD)推导出的灵敏度是评估其传感性能的重要参数。本试验例对CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器检测α-Syn的LOD通过EIS浓度滴定实验测定。
图18中记录了CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器在检测不同浓度α-Syn时的EIS曲线，相应的ΔRct值如图19所示。图13中在α-Syn浓度0.001～0.01pg·mL-1范围内，EIS曲线的半圆直径随α-Syn浓度增加而增加，进一步验证了越来越多的α-Syn分子与固定在CoMn-ZIF@CNF(1-3)纳米复合材料上的适体链结合，产生大量的G-四联体复合物。当α-Syn浓度>0.01pg·mL-1后，ΔRct达到平衡，不再随α-Syn浓度增加而增加，表明此时适体链与α-Syn的特异性结合达到饱和。
以上结果可看出，本发明构建的CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器中适体和α-Syn之间的特异性结合符合Langmuir-Freundlich等温线规律。由包含前四个数据点的陡坡校准图图形化计算出来LOD如图20所示。基于IUPAC，通过公式1，推断出LOD为0.87fg·mL-1：
LOD＝3Sb/m (1)
其中Sb代表标准偏差，m为校准曲线梯度的斜率。
与已报道的α-Syn突触蛋白检测工作相比，本发明构建的CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器表现出较高灵敏度或极低的LOD值，这归因于CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的的异质结构以及电化学性能：(i)其中的CoMn-ZIF二维纳米结构的空腔特征、较大的比表面积和优异的生物相容性赋予其对适体显著的吸附能力；(ii)CoMn-ZIF@CNF的分层结构兼具二维纳米片和一维纳米线结构也可更大程度固定适体和α-Syn突触蛋白/适体链形成的G-四联体结构；(iii)CoMn-ZIF中的混合过渡金属离子如Co2+/Co3+和Mn3+/Mn4+与导电CNF可增强电子转移，进一步扩大电化学信号并提高传感性能。
试验例8：选择性测试
本试验例中将与帕金森病相关的生物标志物如Myo和cTn1蛋白，人血清中可能存在的蛋白质，如IgG和BSA)，以及其他癌症标志物(如OPN和PSA)作为干扰物，通过EIS分别测定单个上述干扰物及干扰物与α-Syn的混合物，以检测本文构建的CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器的选择性。
具体为：将α-Syn溶液、Myo干扰物的溶液、cTn1蛋白干扰物的溶液、IgG干扰物的溶液、BSA干扰物的溶液、OPN干扰物溶液、PSA干扰物溶液、含α-Syn以及六种干扰物的溶液(MIX)分别加入到电解液中(其中干扰物的浓度为1.0pg·mL-1，α-Syn的浓度为0.01pg·mL-1)，形成8种不同的溶液，然后测试不同溶液下的EIS曲线，测试得到的ΔRct如图21所示。
从图中可看出，当Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器检测含单种干扰溶液时，均没有出现明显的EIS信号。然而，当Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE与α-Syn作用时，EIS信号明显，与α-Syn/干扰物混合溶液作用时表现出与α-Syn相似的EIS信号。这一现象可能由于CoMn-ZIF@CNF基适体传感器只能特异性地检测到α-Syn，表明具有较高的选择性。
试验例9：再现相以及稳定性测试
本试验例对Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器的再现性以及稳定性进行测试。
具体为：将五个独立的Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器与10pg·mL-1α-Syn作用时的EIS信号进行测定，如图22所示，五个独立的Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE的相对标准偏差(RSD)仅为5.17％。并且通过在相同条件下连续用其中一个生物传感器连续五次测定α-Syn，如图23所示，得到单个传感器的RSD值低至5.17％，表明本发明所构建的CoMn-ZIF@CNF基适体传感器具有优异的再现性。
Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器的稳定性通过连续15天测试测定α-Syn溶液(浓度为10pg·mL-1，每测试一次后进行再生处理，具体再生方法为：用1.0MNaOH冲洗电极2min，再用超纯水洗三次)，比较所得ΔRct，结果如图24所示。发现15天连续测量得出RSD值为5.63％。
上述结果表明本发明的适体传感器具有优异的再现性和稳定性。
试验例10：适用性测试
本试验例对本发明的Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器的适用性进行测试。
具体为：将不同量的α-Syn添加到稀释100倍的人体血清中，并稳定1h，然后采用Aptα-Syn/CoMn-ZIF@CNF(1-3)/AE适体传感器检测EIS并通过公式(1)计算得到检测添加的α-Syn的浓度，如表4所示。
表4 CoMn-ZIF@CNF(1-3)基适体传感器检测人血清样品中的α-Syn结果
添加量(pg/mL) 发现量(pg/mL) 表观恢复(％) RSD(％)
0.001 0.00118 118 3.38
0.01 0.011 110 2.42
0.1 0.104 104 2.70
1.0 1.07 107 4.09
10 9.12 91.2 2.98
100 106.3 106.3 2.82
从表中看出，采用本发明构建的适体传感器检测α-Syn的回收率为91.2％～118.0％，RSD为2.42％～4.09％，表明CoMn-ZIF@CNF基适体传感器在构建α-Syn检测平台方面具有潜在的应用价值。

Claims (9)

1.一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料，其特征在于，包括一维的碳纳米纤维基体和生长在所述碳纳米纤维基体表面的二维纳米片，所述二维纳米片包括CoMn-ZIF纳米片以及镶嵌在CoMn-ZIF纳米片中的钴单质、钴氧化物以及锰氧化物纳米颗粒；所述钴氧化物为CoO和Co3O4；所述锰氧化物为MnO2和Mn2O3。
2.根据权利要求1所述的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将可溶性钴盐、可溶性锰盐、CNF以及咪唑基配体于溶剂中进行预反应，所述预反应为在室温下反应10～20min，得固相产物；然后将所得固相产物于含可溶性钴盐、可溶性锰盐的溶剂中进行溶剂热反应，后处理即得。
3.根据权利要求2所述的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为100～150℃，时间为1～2h。
4.根据权利要求2所述的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法，其特征在于，预反应以及溶剂热反应时，可溶性钴盐中的钴与可溶性锰盐中的锰的摩尔比均为(1：3)～(3：1)。
5.根据权利要求2所述的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性钴盐为硝酸钴，可溶性锰盐为硝酸锰，咪唑基配体为2-甲基咪唑。
6.根据权利要求2所述的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法，其特征在于，预反应时，可溶性钴盐、可溶性锰盐中钴与锰两种元素的摩尔量之和与咪唑基配体的摩尔比为(1～2)：4。
7.根据权利要求2～6任一项所述的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料的制备方法，其特征在于，预反应时，1g CNF对应的咪唑基配体的量为15～20mM。
8.一种适体传感器，其特征在于，包括电极基体饰在电极表面的电极修饰材料以及固定在电极修饰材料上的核酸适体，所述电极修饰材料为权利要求1所述的CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料。
9.根据权利要求8所述的适体传感器，其特征在于，所述核酸适体为α-Syn靶向适体。
CN201911370725.9A 2019-12-26 2019-12-26 一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器 Active CN111218118B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911370725.9A CN111218118B (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911370725.9A CN111218118B (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111218118A CN111218118A (zh) 2020-06-02
CN111218118B true CN111218118B (zh) 2021-08-27

Family

ID=70810737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911370725.9A Active CN111218118B (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111218118B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114324516B (zh) * 2021-11-29 2023-09-15 郑州轻工业大学 高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法
CN115753929A (zh) * 2022-11-16 2023-03-07 长春工业大学 一种MOFs@纳米纤维碳气凝胶及其制备方法和在电化学检测重金属离子传感器上的应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108511723A (zh) * 2018-04-03 2018-09-07 中南大学 一种锰酸钴/nc/s复合材料及其制备方法和作为锂硫二次电池正极材料的应用
CN108766774A (zh) * 2018-05-25 2018-11-06 宁波大学 具有中空纳米笼结构的Ni-Co-Mn层状双氢氧化物的制备方法
CN108963228A (zh) * 2018-07-20 2018-12-07 淮安新能源材料技术研究院 一种在金属有机骨架材料zif-8上制备锂离子电池三元正极材料的方法及产品
CN109167074A (zh) * 2018-08-08 2019-01-08 东华大学 中空锰掺杂氧化钴镍包覆的氮掺杂碳纳米复合材料及制备
CN109569645A (zh) * 2018-12-23 2019-04-05 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于丙烷治理的钴锰复合氧化物/碳催化剂的制备及产品和应用
CN109911944A (zh) * 2019-03-08 2019-06-21 盱眙新远光学科技有限公司 一种多面体MnCo2O4.5复合氧化物材料的制备方法
CN110237864A (zh) * 2019-07-03 2019-09-17 华北电力大学（保定） 一种多相催化剂及其制备方法和应用
CN111234243A (zh) * 2019-12-31 2020-06-05 郑州轻工业大学 金属有机框架材料及其制备方法、免疫传感器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180330709A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-15 Battelle Memorial Institute Sound Attenuation Using Metal-Organic Framework Materials

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108511723A (zh) * 2018-04-03 2018-09-07 中南大学 一种锰酸钴/nc/s复合材料及其制备方法和作为锂硫二次电池正极材料的应用
CN108766774A (zh) * 2018-05-25 2018-11-06 宁波大学 具有中空纳米笼结构的Ni-Co-Mn层状双氢氧化物的制备方法
CN108963228A (zh) * 2018-07-20 2018-12-07 淮安新能源材料技术研究院 一种在金属有机骨架材料zif-8上制备锂离子电池三元正极材料的方法及产品
CN109167074A (zh) * 2018-08-08 2019-01-08 东华大学 中空锰掺杂氧化钴镍包覆的氮掺杂碳纳米复合材料及制备
CN109569645A (zh) * 2018-12-23 2019-04-05 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于丙烷治理的钴锰复合氧化物/碳催化剂的制备及产品和应用
CN109911944A (zh) * 2019-03-08 2019-06-21 盱眙新远光学科技有限公司 一种多面体MnCo2O4.5复合氧化物材料的制备方法
CN110237864A (zh) * 2019-07-03 2019-09-17 华北电力大学（保定） 一种多相催化剂及其制备方法和应用
CN111234243A (zh) * 2019-12-31 2020-06-05 郑州轻工业大学 金属有机框架材料及其制备方法、免疫传感器

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A bimetallic Co/Mn metal–organic-framework with a synergistic catalytic effect as peroxidase for the colorimetric detection of H2O2;Xiaoheng Qi，等;《Anal. Methods》;20190115;第11卷(第8期);第1111-1124页 *
Ultrathin films of a metal-organic framework prepared from 2-methylimidazole, manganese(II) and cobalt(II) with strong oxidase-mimicking activity for colorimetric determination of glutathione and glutathione reductase activity;Yi Zhang,等;《MICROCHIMICA ACTA》;20190510;第186卷(第6期);第340页 *
基于ZIFs纳米多孔材料制备及电化学性能研究;王志强;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20191215(第12期);第B020-153页 *
基于金属有机框架化合物合成多孔碳基纳米材料及其在锂电池负极材料中的应用;郑方才;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20150915(第9期);第B015-3页 *
类沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）的载体构建及其毒性研究;李斯琦;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 医药卫生科技辑》;20180715(第7期);第E080-30页 *
钴、锰氧化物/碳纳米管复合材料的构建及应用研究;马帅飞;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20180815(第8期);第B020-32页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111218118A (zh) 2020-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Structural hybridization of bimetallic zeolitic imidazolate framework (ZIF) nanosheets and carbon nanofibers for efficiently sensing α-synuclein oligomers
Liu et al. Pore modulation of zirconium–organic frameworks for high-efficiency detection of trace proteins
Wang et al. Magnetic Fe 3 O 4@ MOFs decorated graphene nanocomposites as novel electrochemical sensor for ultrasensitive detection of dopamine
CN111218118B (zh) 一种CoMn-ZIF@CNF纳米复合材料及其制备方法、适体传感器
Feng et al. Comparative study of carbon fiber structure on the electrocatalytic performance of ZIF-67
Kang et al. Bimetallic MnCo oxide nanohybrids prepared from Prussian blue analogue for application as impedimetric aptasensor carrier to detect myoglobin
Li et al. A label-free electrochemical aptasensor based on the core–shell Cu-MOF@ TpBD hybrid nanoarchitecture for the sensitive detection of PDGF-BB
Nguyen et al. Novel nanoscale Yb-MOF used as highly efficient electrode for simultaneous detection of heavy metal ions
CN107254180B (zh) AuNCs@521-MOF纳米片复合物及其制备方法和应用
Li et al. Gold-nanoparticle-decorated boron-doped graphene/BDD electrode for tumor marker sensor
CN111537577B (zh) 一种金属-有机骨架石墨烯类似物及其制备方法、适体传感器及其制备方法
CN113117651B (zh) 一种制备玻璃纤维-金属有机框架复合薄膜的方法
CN111424339A (zh) 负载过渡金属氧化物的多孔碳纤维、生物传感器及其制备方法
Rahmati et al. Three-dimensional NiCo2O4 nanowires encapsulated in nitrogen-doped carbon networks as a high-performance aptamer stabilizer for impedimetric ultrasensitive detection of hepatitis C virus core antigen
CN114538409A (zh) 氮掺杂碳点-还原氧化石墨烯复合材料的制备方法和应用
Hu et al. Hollow core-shell nanostructured MnO2/Fe2O3 embedded within amorphous carbon nanocomposite as sensitive bioplatform for detecting protein tyrosine kinase-7
CN109813786B (zh) 双金属-有机骨架材料、支架材料及其制备方法，电化学免疫传感器及其制备方法、应用
Zhao et al. Area-selective and precise assembly of metal organic framework particles by atomic layer deposition induction and its application for ultra-sensitive dopamine sensor
Qu et al. A signal-off electrochemical sensing platform based on Fe3S4-Pd and pineal mesoporous bioactive glass for procalcitonin detection
CN110875151A (zh) 一种超级电容器电极用含氮金属氧化物／碳的纳米复合材料的制备方法
Rodríguez-Padrón et al. Mechanochemical design of hemoglobin-functionalised magnetic nanomaterials for energy storage devices
CN110330036B (zh) 适体传感器用电极材料、适体传感器及其制备方法
Xu et al. Immobilization of zirconium-glycerolate nanowires on magnetic nanoparticles for extraction of urinary ribonucleosides
CN112098486A (zh) 一种n、p共掺杂的纳米碳基框架材料修饰电极及其制备方法和应用
CN109813787B (zh) 一种MnO2/Fe2O3@无定形碳复合材料、核酸适体传感器及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant