CN111747447A - 一种核壳金属基质及其制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核壳金属基质及其制备与应用，涉及微纳米材料的化学合成与表征，及其所属的基质辅助激光解吸/电离质谱技术在分子生物学和医学检测领域的应用。本发明通过采用定制合成的微纳米颗粒材料作为基质，有效克服了传统有机基质的缺陷，适用于多种不同生物样本，有效实现生物样本中代谢物小分子的快速、高通量、高灵敏度检测，可应用于多种临床检测应用中。

Description

一种核壳金属基质及其制备与应用
技术领域
本发明涉及微纳米材料的化学合成与表征，尤其涉及其所属的基质辅助激光解吸/电离质谱技术在分子生物学和医学检测领域的应用。
背景技术
基质辅助激光解吸/电离质谱(MALDI-MS)即，将待测物与基质材料相混合形成共结晶，通过激光照射结晶，基质将激光能量高效传递给待测物分子使其分子离子化后便于被后续质谱分析。传统的MALDI-MS在检测生物大分子诸如：核酸、蛋白质的实验中得到广泛应用。经过多年的发展，MALDI-MS亦被用于检测有机小分子，特别是生物小分子(如小分子代谢物)。
MALDI-TOF-MS具有样品制备简单，分析快速，所需样品量少(微升～纳升)的优势。但是MALDI-TOF-MS对基质有极高的要求。常用的有机基质因其：1.和待测物形成的共结晶晶相均一度差，无法实现对目标分子的有效萃取,影响图谱质量；2.基质结构不稳定，在吸收激光能量后易碎发生碎裂，产生许多碎片离子峰，对生物小分子(m/z＜1000)的质谱分析造成极大干扰；3.并且实际生物样本的样本复杂度高：各种生物大分子如免疫蛋白、酶、核算片段共存，溶液中酸碱度和盐度的干扰，待测小分子目标物相对丰度低，这些因素对于对小分子的检测带来重重阻碍。因此，传统有机基质已难以满足对于小分子代谢物的检测要求。因此亟待开发与待测物结晶均一度好，热稳定性高，特异性富集目标分子的新型基质材料。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱对生物样本(包括不限于：血清、血浆、尿液、脑脊液)中小分子的检测技术。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何开发一种新型核-壳结构金属纳米材料基质，并将其应用于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱对生物样本(包括不限于：血清、血浆、尿液、脑脊液)中小分子的检测。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种核壳金属基质，核壳金属基质为核-壳结构金属纳米颗粒基质，核-壳结构金属纳米颗粒为氧化钒外壳/介观二氧化硅纳米内核结构。
本发明的第二方面提供了一种核壳金属基质辅助质谱检测生物小分子的方法，包括以下步骤：步骤1：仪器与试剂的准备：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，阳离子反射模式；
步骤2：制备氧化钒壳层包裹介观二氧化硅内核的核-壳结构金属纳米颗粒基质；
步骤3：配比D-葡萄糖，D-甘露醇，L-赖氨酸,L-苯丙氨酸去离子水溶液为标准品；
步骤4：在质谱靶板上进行样品制备，室温下干燥；
步骤5：对生物样品中的代谢小分子进行检测；
步骤6：对质谱检测结果进行统计学分析，得出结论。
进一步地，所述核-壳结构金属纳米颗粒为氧化钒外壳/介观二氧化硅纳米内核结构。
进一步地，所述核-壳结构金属纳米颗粒具有棒状、花状、球状等结构。
进一步地，所述核-壳结构金属纳米颗粒金属氧化物壳层厚度为1-30nm,厚度均一。
进一步地，所述核-壳结构金属纳米颗粒具有紫外吸收。
进一步地，步骤2)的具体步骤为：
步骤2.1：将嵌段式聚醚Pluronic F-127、去离子水、溴化十六烷基三甲铵(CTAB)、氨水混合得澄清溶液；
步骤2.2：向步骤2.1获得的澄清溶液中加入原硅酸四乙酯(TEOS)，搅拌3分钟，室温静止1-10小时成核，用乙醇和去离子水分别洗涤固体，除去多余CTAB，得到白色固体产物；
步骤2.3：将步骤2.2获得的产物加入到盐酸乙醇混合溶液中，搅拌反应1-12h,所得产物用乙醇和去离子水分别洗涤三遍后，60℃干燥得到介观二氧化硅纳米材料；
步骤2.4：将步骤2.3所述干燥介观二氧化硅纳米于水和乙醇混合溶液中超声波分散，依次加入间苯二酚、氨水、甲醛水溶液后于30℃搅拌反应2-5h，反应后的SiO2@RF复合物用乙醇和去离子水各洗涤三遍，60℃干燥待用；
步骤2.5：将2.4获得的所述SiO2@RF复合物均匀分散在乙二醇溶液中，加入三异丙醇氧钒水溶液室温搅拌40分钟；
步骤2.6：将步骤2.5中的所述溶液转移到聚四氟乙烯内衬中，放入高压反应釜中180℃下反应3-20小时，得到黑色SiO2@RF@V前体；
步骤2.7：将步骤2.6中得到的所述黑色产物于空气中450℃煅烧2小时，除去聚合物模板分子并氧化钒得氧化钒外壳层，得到SiO2@V2O5核-壳结构金属纳米颗粒；
步骤2.8：将上述所得的所述核壳-结构金属纳米颗粒重分散在去离子水中，作为基质使用。
表征方法
采用Hitachi S-4800获取扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱结果，采用JEOLJEM-2100F获得透射电子显微镜结果。
本发明的第三方面，本发明提供了核壳-结构金属纳米颗粒在检测血浆样品中物质的应用。
本发明的第四方面，本发明提供了核壳-结构金属纳米颗粒在检测血清样品中物质的应用。
本发明的第五方面，本发明提供了核壳-结构金属纳米颗粒在检测尿液样品中物质的应用。
本发明的第六方面，本发明提供了核壳-结构金属纳米颗粒在检测脑脊液样品中物质的应用。
技术效果
1、核-壳结构金属纳米材料具有合成方法简便，材料成本低廉，适合大规模工业合成生产。
2、将核-壳结构金属纳米材料作为质谱中的基质材料，有效解决了质谱谱图的背景干扰和热点效应。
3、本发明中血清、尿液、脑脊液等生物样品无需经过进一步富集或分离处理，血浆经过简便的乙醇溶液孵化离心即可。每份生物样品仅需1微升就可高效、快速的检测分析样品中的小分子代谢物。
4、该种检测方法具有灵敏度高、检测快速、成本低、检测通量高的特点，适用于多种不同生物样本，可应用于多种临床检测应用中。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是具体实施例1基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测血浆小分子量端的质谱图；
图2是本发明的一个较佳实施例中制备得到的核-壳结构金属纳米颗粒的SEM表征图片，(1)为棒状颗粒，(2)为球状颗粒，(3)为花状颗粒；
图3是本发明的一个较佳实施例中制备得到的核-壳结构金属纳米颗粒的TEM表征图片，(1)为棒状颗粒，(2)为球状颗粒，(3)为花状颗粒；
图4是具体实施例2基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测血清小分子量端的质谱图；
图5是具体实施例3基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测尿液小分子量端的质谱图；
图6是具体实施例4基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测脑脊液小分子量端的质谱图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
一种核壳金属基质辅助质谱检测生物小分子的方法，包括以下步骤：步骤1：仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱，采用反射模式，正离子检测；步骤2：制备氧化钒壳层包裹介观二氧化硅内核金属纳米颗粒基质；步骤3：配比D-葡萄糖，D-甘露醇，L-赖氨酸,L-苯丙氨酸去离子水溶液为标准品；步骤4：在质谱靶板上进行样品制备，室温下干燥；步骤5：对生物样品中的代谢小分子进行检测；步骤6：对质谱检测结果进行分析，得出结论。
步骤2)中核壳金属基质的具体制备步骤为：
步骤2.1：将嵌段式聚醚Pluronic F-127、去离子水、溴化十六烷基三甲铵(CTAB)、氨水混合得澄清溶液；
步骤2.2：向步骤2.1获得澄清溶液溶液中加入原硅酸四乙酯(TEOS)，搅拌3分钟，室温静止1-10小时成核，用乙醇和去离子水分别洗涤固体，除去多余CTAB，得到白色固体产物；
步骤2.3：将步骤2.2获得的产物加入到盐酸乙醇混合溶液中，搅拌反应1-12h,所得产物用乙醇和去离子水分别洗涤三遍后，60℃干燥得到介观二氧化硅纳米材料。
步骤2.4：将步骤2.3所述干燥介观二氧化硅纳米于水和乙醇混合溶液中超声波分散，依次加入间苯二酚、氨水、甲醛水溶液后于30℃搅拌反应2-5h，反应后的SiO2@RF复合物用乙醇和去离子水各洗涤三遍，60℃干燥待用。
步骤2.5：将2.4获得的所述SiO2@RF复合物均匀分散在乙二醇溶液中，加入三异丙醇氧钒水溶液室温搅拌40分钟；
步骤2.6：将步骤2.5中的所述溶液转移到聚四氟乙烯内衬中，放入高压反应釜中180℃下反应3-20小时，得到黑色SiO2@RF@V前体；
步骤2.7：将步骤2.6中得到的所述黑色产物于空气中450℃煅烧2小时，除去聚合物模板分子并氧化钒得氧化钒外壳层，得到SiO2@V2O5核-壳结构金属纳米颗粒；
步骤2.8：将上述所得的所述核壳-结构金属纳米颗粒重分散在去离子水中，作为基质使用。
表征方法：采用Hitachi S-4800获取扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱结果，采用JEOL JEM-2100F获得透射电子显微镜结果。
表征结果：所制备的核-壳结构金属纳米颗粒为长径460纳米左右，短径90纳米左右的棒状材料，或为直径1-3μm的球状颗粒，或为1-3μm的花状颗粒；从扫描电镜结果(图2)中可以看到合成的材料大小均匀，表面粗糙。通过透射电镜结果(图3)中可以看到合成的微纳颗粒尺寸均匀，与图2中的结果一致。
实施例1：血浆样本小分子的检测
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，阳离子反射模式；所制备的核-壳结构金属纳米颗粒为基质按一定比例稀释血浆样本；
(2)在质谱靶板上进行血浆样本制备，室温下干燥；
(3)在质谱仪下进行检测，并对质谱图像进行分析，如图1所示。
实施例2：血清样本小分子的检测
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，阳离子反射模式；所制备的核-壳结构金属纳米颗粒为基质按一定比例稀释血清样本；
(2)在质谱靶板上进行血清样本制备，室温下干燥；
(3)在质谱仪下进行检测，并对质谱图像进行分析，如图4所示。
实施例3：尿液样本小分子的检测
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，阳离子反射模式；所制备的核-壳结构金属纳米颗粒为基质按一定比例稀释尿液样本；
(2)在质谱靶板上进行尿液样本制备，室温下干燥；
(3)在质谱仪下进行检测，并对质谱图像进行分析，如图5所示。
实施例4：释脑脊样本小分子的检测
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，阳离子反射模式；所制备的核-壳结构金属纳米颗粒为基质按一定比例稀释脑脊液样本；
(2)在质谱靶板上进行脑脊液样本制备，室温下干燥；
(3)在质谱仪下进行检测，并对质谱图像进行分析，如图6所示。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种核壳金属基质，其特征在于，所述核壳金属基质为核-壳结构金属纳米颗粒基质，所述核-壳结构金属纳米颗粒为氧化钒外壳/介观二氧化硅纳米内核结构。
2.如权利要求1所述的核壳金属基质辅助质谱检测生物小分子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：仪器与试剂的准备：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，阳离子反射模式；
步骤2：制备氧化钒壳层包裹介观二氧化硅内核的所述核-壳结构金属纳米颗粒基质；
步骤3：配比D-葡萄糖，D-甘露醇，L-赖氨酸,L-苯丙氨酸去离子水溶液为标准品；
步骤4：在质谱靶板上进行生物样品制备，室温下干燥；
步骤5：对所述生物样品中的代谢小分子进行检测；
步骤6：对质谱检测结果进行统计学分析，得出结论。
3.如权利要求1所述的核壳金属基质，其特征在于，所述核-壳结构金属纳米颗粒具有棒状、花状、球状结构。
4.如权利要求1所述的核壳金属基质，其特征在于，所述核-壳结构金属纳米颗粒的金属氧化物壳层厚度为1-30nm。
5.如权利要求1所述的核壳金属基质，其特征在于，所述核-壳结构金属纳米颗粒具有紫外吸收。
6.如权利要求2所述的核壳金属基质的应用，其特征在于，步骤2)中所述核-壳结构金属纳米颗粒基质的具体制备步骤为：
步骤2.1：将嵌段式聚醚Pluronic F-127、去离子水、溴化十六烷基三甲铵(CTAB)、氨水混合得澄清溶液；
步骤2.2：向步骤2.1获得的所述澄清溶液中加入原硅酸四乙酯(TEOS)，搅拌3分钟，室温静止1-10小时成核，用乙醇和去离子水分别洗涤固体，除去多余CTAB，得到白色固体产物；
步骤2.3：将步骤2.2获得的所述白色固体产物加入到盐酸乙醇混合溶液中，搅拌反应1-12h,所得产物用乙醇和去离子水分别洗涤三遍后，60℃干燥得到介观二氧化硅纳米材料；
步骤2.4：将步骤2.3获得的所述介观二氧化硅纳米材料在水和乙醇混合溶液中超声波分散，依次加入间苯二酚、氨水、甲醛水溶液后于30℃搅拌反应2-5h，反应后的SiO2@RF复合物用乙醇和去离子水各洗涤三遍，60℃干燥待用；
步骤2.5：将2.4获得的所述SiO2@RF复合物均匀分散在乙二醇溶液中，加入三异丙醇氧钒水溶液室温搅拌40分钟；
步骤2.6：将步骤2.5中反应后的溶液转移到聚四氟乙烯内衬中，放入高压反应釜中180℃下反应3-20小时，得到黑色SiO2@RF@V前体；
步骤2.7：将步骤2.6中得到的所述黑色黑色SiO2@RF@V前体于空气中450℃煅烧2小时，除去聚合物模板分子并氧化钒得氧化钒外壳层，得到SiO2@V2O5核-壳结构金属纳米颗粒；
步骤2.8：将上述所得的所述核壳-结构金属纳米颗粒重分散在去离子水中，作为基质使用。
7.如权利要求6获得的所述核壳-结构金属纳米颗粒在检测血浆样品中物质的应用。
8.如权利要求6获得的所述核壳-结构金属纳米颗粒在检测血清样品中物质的应用。
9.如权利要求6获得的所述核壳-结构金属纳米颗粒在检测尿液样品中物质的应用。
10.如权利要求6获得的所述核壳-结构金属纳米颗粒在检测脑脊液样品中物质的应用。
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