CN111394095B - 基于铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶的长时间化学发光体系 - Google Patents
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Abstract
一种基于铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶的长时间化学发光体系。该化学发光体系以铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物为化学发光反应的催化剂，以鲁米诺和葡萄糖为化学发光底物，利用铁卟啉金属‑有机框架材料和葡萄糖氧化酶的局域级联催化产生长时间化学发光。铁卟啉金属‑有机框架材料是以Zr4+为金属中心、铁卟啉为配体，通过水热法制备而成，具有较高的过氧化物酶活性和稳定性；在铁卟啉金属‑有机框架材料表面通过静电吸附修饰葡萄糖氧化酶，制备铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物。含有铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物、鲁米诺和葡萄糖的混合溶液体系可以产生7.5小时稳定的高强度化学发光。该化学发光体系可在生理条件下产生长时间稳定的高强度化学发光，在生物检测和成像方面具有较好的应用前景。
Description
一、技术领域
本发明为一种基于铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶的长时间化学发光体系。以鲁米诺和葡萄糖为化学发光底物，利用铁卟啉金属-有机框架材料的过氧化物酶活性和纳米酶/生物酶复合物的局域级联催化特性，产生长时间稳定的高强度化学发光，实现长时间的化学发光稳定成像。
二、背景技术
化学发光是物质在进行化学反应时伴随的一种光辐射现象，灵敏性高、易于操作、仪器简单且成本较低，在临床诊断、食品检测和生物分析等方面应用广泛。与荧光方法相比，化学发光不需要激发光源，避免了自体荧光的干扰，极大地提高了信噪比，是很具潜力的一种生物成像手段。目前，发展比较成熟的是酶反应化学发光体系，包括辣根过氧化物酶-鲁米诺-H2O2体系和碱性磷酸酶-二氧环乙烷体系。然而这些生物酶参与的化学发光体系具有发光时间较短、发光强度稳定性差等缺点，且生物酶易失活，修饰复杂等，限制了其在生物成像分析中的应用。
最近，研究者利用慢扩散控制底物的均相催化机理，发展了基于微/纳米材料的辉光型化学发光体系。在这种体系中，一般要求将催化剂或催化底物封装在微/纳米材料中，材料的多孔结构使催化剂或发光底物的扩散较慢，从而控制化学发光反应速率，延长化学发光时间。由于微/纳米材料中催化剂具有高的负载量，所以其化学发光信号较强。尽管此类体系可以持续化学发光几到几百个小时，但其化学发光强度随时间衰减较快，没有强度稳定期，不利于实时生物成像分析。
纳米酶是近年来发展的具有酶活性的纳米材料，由于具有较好的环境耐受性已被广泛使用，其中，过氧化物纳米酶得到了很好的发展，包括无机纳米粒子以及血红素功能化的纳米材料。另外，通过使用催化位点作为连接点，制备了多种具有过氧化物酶性质的金属-有机框架材料。在金属-有机框架材料中每个催化位点以单体的形式存在，且因具有多孔性，易于底物接触催化位点，使得金属-有机框架材料具有较高的催化活性。除了生物催化、药物递送、光动力学治疗和生物传感，金属-有机框架材料也已用于发展化学发光体系，但目前基于金属-有机框架材料的化学发光体系都是闪光型，不适合化学发光准确检测和生物成像分析。
三、发明内容
本发明的内容是：合成铁卟啉金属-有机框架材料，制备铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物，以鲁米诺和葡萄糖为化学发光底物，利用所制备的纳米酶/生物酶复合物的局域级联催化特性，产生长时间稳定的高强度化学发光，进行化学发光稳定成像。
本发明通过以下技术方案来实现：
以Zr4+为金属中心、铁卟啉为配体，使用水热法，在120℃反应12小时合成铁卟啉金属-有机框架材料，再在60℃真空干燥24小时得到红棕色固体，储存在4℃冰箱里。使用时将其分散在水中，和葡萄糖氧化酶溶液混合，在室温下震荡12小时，离心洗涤，得到铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物。检测化学发光性质时，把上面合成的纳米酶/生物酶复合物和鲁米诺、葡萄糖溶液混合，用化学发光分析仪实时检测发光强度随时间的变化(图1)，或者利用CCD进行成像分析(图2)。
本体系能够长时间化学发光的原理：
在含有铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物、鲁米诺和葡萄糖的混合溶液中，葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖生成H2O2，此H2O2立即被铁卟啉金属-有机框架材料催化与鲁米诺进行化学发光，在此体系中，由于H2O2是葡萄糖氧化酶对葡萄糖的氧化生成的，所以使得化学发光反应受酶催化反应速率和复合物材料表面的底物扩散控制，从而产生长时间发光；而葡萄糖氧化酶和铁卟啉金属-有机框架材料的局域级联催化反应避免了H2O2的扩散，从而保证了局域高浓度，产生高强度的化学发光。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
本发明通过合成铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物，利用构建纳米酶/生物酶双酶体系，通过双酶复合物的局域级联催化特性，发展了一个长时间化学发光体系。相比于现有的化学发光体系，具有以下特点：
(1)化学发光时间较长，且其高强度值有7.5小时的平台稳定期，对提高化学发光检测方法的准确性和可重复性具有重要意义；
(2)以葡萄糖为化学发光底物，为在体化学发光成像分析提供了新思路。
四、附图说明
图1.铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶-鲁米诺-葡萄糖化学发光体系的动力学曲线。
图2.铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶-鲁米诺-葡萄糖化学发光体系的CCD成像
五、具体实施方式
实施例1：铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶-鲁米诺-葡萄糖的化学发光：
把150μL含有0.1mg/mL铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物、1.2mM鲁米诺和5mM葡萄糖的混合溶液加入PCR小管中，使用化学发光分析仪检测(PMT为300V)，或者用CCD进行拍摄(曝光时间10分钟)。
Claims (1)
1.一种基于铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶的化学发光方法，其特征在于以铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物为化学发光反应的催化剂，以鲁米诺和葡萄糖为化学发光底物，利用铁卟啉金属-有机框架材料和葡萄糖氧化酶的局域级联催化产生化学发光，所述的铁卟啉金属-有机框架材料以Zr4+为金属中心、铁卟啉为配体，通过水热法制备而成，所述的铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物是通过在铁卟啉金属-有机框架材料的表面静电吸附修饰葡萄糖氧化酶制备而成。
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| GR01 | Patent grant | ||
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