CN112521937B - 一种可用于尿酸检测的稀土荧光复合材料的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于人体尿酸检测的稀土荧光复合材料的制备及应用，S1，选取原料，硝酸铽和2,3,5,6‑吡嗪四甲酸；S2，将2,3,5,6‑吡嗪四甲酸溶解在蒸馏水中；S3，将硝酸铽的甲醇溶液加入到S2所得溶液中，搅拌；S4，静置，离心收集白色沉淀，洗涤之后进行烘干得到稀土金属有机框架白色样品；S5，将样品浸泡在染料（7‑二乙胺基‑4‑甲基香豆素）中进行处理；S6，收集步骤S5中淡黄色沉淀，对其进行干燥，得到染料包覆的稀土金属有机框架材料，简称稀土荧光复合材料；S7，对得到的稀土荧光复合材料用于人体代谢物尿酸的检测。该稀土荧光复合材料是用染料包覆稀土金属有机框架荧光材料，这样不仅使其具有染料和稀土双重荧光特性，而且还能够更准确的检测生物代谢物尿酸的存在。

Description

一种可用于尿酸检测的稀土荧光复合材料的制备及应用

技术领域

本发明涉及稀土荧光复合材料的制备技术领域，具体为一种染料包覆的稀土金属有机框架荧光材料的制备及应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高、饮食习惯的改变，使得其高蛋白、高嘌呤等食物的摄入量在不断增加，因此增加了高尿酸血症的发生率。高尿酸血症是代谢性疾病的一种，患者存在血清尿酸含量增加、肾脏排泄尿酸能力降低等情况。研究显示，高尿酸血症是痛风性关节炎、痛风石、痛风性肾病等发生的基础，也是肾功能不全、脑血管意外、高血压等疾病发生的独立危险因素，因此，加强高尿酸血症患者的有效治疗和管理干预十分必要。到目前为止，已经报道了多种检测尿酸的方法，如电化学传感器、高效液相色谱和酶法，但是这些方法需要昂贵的仪器和复杂的操作，从而限制了其广泛的应用。与这些方法相比，荧光传感器具有快速、低损耗、方便、选择性好、灵敏度高、重复性好等一系列优点。

稀土金属有机框架具有很强的发光性能，开发新的稀土有机框架材料并拓展其应用领域成为当前研究的热点内容。目前，越来越多的课题组在进行该材料的研究，已经合成出了多种结构和性质的金属有机框架材料。然而，大多数文献报道的该材料具有单一的发光位点、灵敏度较低等缺点，同时单发射材料的荧光强度易受到pH、环境小分子、溶剂、仪器等因素的影响，容易造成检测结果不准确，难以准确检测生物代谢物尿酸的存在。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可用于人体尿酸检测的稀土荧光复合材料。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可用于人体尿酸检测的稀土荧光复合材料的制备及应用，步骤如下：

S1，选取原料，硝酸铽和2,3,5,6-吡嗪四甲酸；

S2，将2,3,5,6-吡嗪四甲酸溶解在蒸馏水中；

S3，将硝酸铽的甲醇溶液加入到S2所得溶液中，搅拌；

S4，静置，离心收集白色沉淀，洗涤之后进行烘干得到白色样品；

S5，将样品浸泡在染料中进行处理；

S6，收集步骤S5中淡黄色沉淀，对其进行干燥，得到稀土荧光复合材料；

S7，对得到的稀土荧光复合材料进行检测。

优选的，所述步骤S2与步骤S3中均为室温搅拌30分钟。

优选的，所述步骤S4中静置时间为24小时，烘烤温度75℃，时间为12小时。

优选的，所述步骤S5中将样品浸泡在1×10^-2 mol

L^-1浓度的染料中，DMF作溶剂，超 声处理1h，放置24 h。

优选的，所述检测为选择性、抗干扰性、灵敏度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明选用最重要的荧光激活剂之一的稀土铽离子（Tb³⁺）与具有对称结构且具有多个配位点的2,3,5,6-吡嗪四甲酸为原料形成稀土金属有机框架材料，同时用7-二乙胺基-4-甲基香豆素包覆得到染料包覆的稀土金属有机框架（简称稀土荧光复合材料），具有典型的双发射的荧光特性，能够更准确的检测生物代谢物UA的存在。

附图说明

图1为本发明稀土荧光复合材料的合成示意图。

图2为本发明中稀土金属有机框架材料（Tb-MOFs）与稀土荧光复合材料（Dye@Tb-MOFs）以及模拟的单晶的XRD谱图。

图3为本发明中稀土金属有机框架的激发光谱图和发射光谱图。

图4为本发明染料的激发光谱图和发射光谱图。

图5为本发明稀土荧光复合材料的激发光谱图和发射光谱图。

图6为本发明稀土荧光复合材料在不同pH的条件下发射光谱图（a）和强度比较图（b）。

图7为本发明稀土荧光复合材料在浓度为10^-2 mol

L^-1的不同生物代谢物中的发射 光谱图（a）和440 nm和544 nm处荧光强度的变化以及不同生物代谢物对浸泡过稀土荧光复 合材料滤纸的识别图（c）。

图8为本发明稀土荧光复合材料在尿酸以及其它生物代谢物的存在下荧光强度的变化。

图9为本发明中稀土荧光复合材料的荧光强度随UA浓度变化发射光谱图（a）以及I₅₄₅/I₄₄₀与UA浓度的关系（b）和尿酸浓度对滤纸的影响变化图（c）；

图10本发明步骤框图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施案例仅仅发明一部分实施例，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。

实施例一：参阅图10一种可用于人体尿酸检测的稀土荧光复合材料制备及应用，步骤如下：

S1，选取原料，硝酸铽和2,3,5,6-吡嗪四甲酸

S2，将2,3,5,6-吡嗪四甲酸溶解在蒸馏水中；

S3，将硝酸铽的甲醇溶液加入到S2所得溶液中，搅拌；

S4，静置，离心收集白色沉淀，洗涤之后进行烘干得到白色样品；

S5，将样品浸泡在不同浓度的染料中进行处理；

S6，收集步骤S5中淡黄色沉淀，对其进行干燥，得到稀土荧光复合材料；

S7，对得到的稀土荧光复合材料进行检测。

进一步的，所述步骤S2与步骤S3中均为室温搅拌30分钟。

进一步的，所述步骤S4中静置时间为24小时，烘烤温度75℃，时间为12小时。

进一步的，所述步骤S5中将样品浸泡在1×10^-2 mol

L^-1浓度的染料中，DMF作溶剂， 超声处理1 h，放置24 h。

进一步的，所述检测为选择性、抗干扰性、灵敏度。

其中；制备的双发射稀土荧光复合材料用于生物代谢物的选择性测试；

在室温条件下，2 mg稀土荧光复合材料样品分别分散到浓度为10^-2 mol

L^-1生物代 谢物，如葡萄糖（Glucose），肌酐（Creatinine），肌酸（Creatine），氯化钾（KCl），氯化钠 （NaCl），氯化铵（NH₄Cl），尿素（Urea），马尿酸（Hippuric Acid）和尿酸（UA）的水溶液中。然 后对混合物进行超声处理30分钟，形成均匀稳定的溶液，对溶液进行荧光测试。

制备的稀土荧光复合材料用于在不同生物代谢物的存在下对UA的检测的抗干扰性测试。

在室温条件下，2 mg 稀土荧光复合材料分散于UA的水溶液，然后分别加入葡萄糖（Glucose），肌酐（Creatinine），肌酸（Creatine），氯化钾（KCl），氯化钠（NaCl），氯化铵（NH₄Cl），尿素（Urea），马尿酸（Hippuric Acid）的水溶液中。然后对混合物进行超声处理30分钟，形成均匀稳定的含生物代谢物的溶液。最后对溶液进行荧光测试。

制备的稀土荧光复合材料对UA检测的灵敏度测试。

通过测量不同浓度的UA在水溶液中的荧光强度来实现实验灵敏度的计算。将2 mg 的稀土荧光复合材料样品浸泡在不同浓度的UA (0，1×10^-4，2×10^-4，4×10^-4，6×10^-4，8× 10^-4，1×10^-3，1.2×10^-3和2.4 ×10^-3 mol

L^-1)水溶液中，然后对混合物进行超声处理30分 钟，形成均匀稳定的含尿酸（UA）的溶液。最后对溶液进行荧光测试。

对样品进行结构表征，样品为稀土金属有机框架材料和稀土荧光复合材料。

PXRD谱图分析：

将两种样品的PXRD图谱在b/max-RB Diffractometer（Rigaku）上获得，使用镍过滤Cu Kα射线，扫描范围从5^◦到75^◦，扫描速度为8^◦/min。

如图2所示，粉末X-射线衍射光谱显示合成的稀土金属有机框架材料样品的衍射峰与模拟的单晶的衍射峰基本相一致。实验结果表明，得到的稀土金属有机框架材料样品与参考的单晶材料是同晶相的。通过对比，染料包覆之后的稀土金属有机框架材料样品的衍射峰与包覆前相似，表明染料的加入并不会破坏稀土金属有机框架材料的结构。

进一步的，本发明染料包覆的稀土金属有机框架材料的性能表征。

如图3所示为稀土金属有机框架材料的激发光谱和发射光谱。根据图4a所示，稀土金属有机框架材料样品的激发光谱在紫外区呈现一个宽的激发峰，覆盖范围200-400 nm，在279 nm处有最强的吸收带。该峰归因于Tb³⁺离子通过基态(S₀)到激发态(S₁)的电子激发过程。稀土金属有机框架材料的宽激发光谱将有利于向Tb³⁺的能量转移，Tb³⁺的强发光是可以预期的。相应地，图4b显示在490，545，586和623 nm处出现了一系列尖锐的Tb³⁺发射特征峰，对应于Tb³⁺的⁵D₄→⁷F_J(J=6-3)跃迁。更值得注意的是，在发射光谱中并没有出现明显的配体的发射峰，表明存在一个有效的配体到Tb³⁺的能量转移过程。可以看出，Tb-MOFs的绿色荧光发射是非常强的。

图4显示了染料的DMF溶液(10^-2 mol

L^-1)的激发和发射光谱。染料的激发光谱在 200-400 nm范围内表现出较宽的激发峰。波长为440 nm监测下，在340 nm处强度出现最大 值。对于染料的发射光谱，当激发波长为340 nm时，在440 nm处出现了染料的特征峰。它可 以很好的证明染料具有较强的蓝色荧光发射。

图5显示稀土荧光复合材料的激发光谱和发射光谱，将Tb³⁺位于545 nm的特征发射峰，染料位于440 nm的波长作为监测波长，当激发波长位于320 nm 时，不仅能够展现Tb³⁺ 的特征发射峰，同时还能展现出染料的特征峰，且Tb³⁺的特征峰强度是染料特征峰强度的2倍，这样就能够很好的设计出比率型荧光探针。并且以此可以用来证明样品在单波长激发下能够实现双发射荧光。

图6显示pH对稀土荧光复合材料荧光强度的影响，将稀土荧光复合材料置于不同的pH溶液中，Tb³⁺位于545 nm的特征发射峰强度有很轻微的变化，同时染料位于440 nm的特征发射峰强度变化也很小，所以我们可以看到该材料具有很强的耐受酸碱的能力。

实施例二

本发明双发射染料包覆的稀土荧光复合材料作为荧光探针检测生物代谢物尿酸（UA）；

选择性：

图7a显示了稀土荧光复合材料在不同生物代谢物水溶液中的荧光强度， 图7b显示的是稀土荧光复合材料在不同生物代谢物水溶液中的荧光强度比（I_{545 nm}/I_{440 nm}）。从图中我们可以看到当引入尿素（Urea），葡萄糖（Glucose），氯化钾（KCl）时，其荧光强度比（I_{545 nm}/I_{440 nm}）比原始溶液的荧光强度比略有增强；而当加入肌酸（Creatine），氯化铵（NH₄Cl）时其荧光强度比基本不变；当加入氯化钠（NaCl），肌酐（Creatinine），马尿酸（Hippuric Acid）时其荧光强度比有所降低，但减弱效果不太明显；而当加入尿酸时，稀土荧光复合材料与尿酸相互作用后，由于位于545 nm处的荧光几乎完全猝灭，而440 nm处的荧光强度几乎不变，使得加入尿酸（UA）之后，稀土荧光复合材料的荧光强度比（I_{545 nm}/I_{440 nm}）比原始溶液的荧光强度显著下降。通过荧光对比试验，表明说明稀土荧光复合材料对生物体代谢产物中的尿酸具有良好的选择性检测效果。图7c显示的是用稀土荧光复合材料浸泡过的滤纸对生物代谢物的效果。可视化的图像说明稀土荧光复合材料有望成为一种很有前景的检测生物代谢物UA的荧光探针。

抗干扰性：

如图8所示，在加入单一其它生物代谢物时，稀土荧光复合材料的发射强度比值几乎没有变化，而当UA和其它生物代谢物共存时，稀土荧光复合材料的荧光强度比均大幅度降低。这表明常见的生物代谢物对于稀土荧光复合材料的发光强度的影响非常有限，而稀土荧光复合材料对生物代谢物尿酸的检测具有很强的抗干扰能力。

灵敏度：

如图9a所示，稀土荧光复合材料的发射光谱随UA浓度的增加而明显变化。与预期 的一样，Tb³⁺与染料的强度比(I_545nm/I_440nm)随着UA浓度的增加而减小。猝灭效应可以用线性 方程来解释，其中纵坐标是指稀土荧光复合材料的发光强度比(I_{544 nm}/I_{440 nm})，[c]是指加 入的尿酸UA的浓度。此外，如图9b所示在不同的UA浓度下I_{544 nm}/I_{440 nm}的值与UA浓度呈良好 的线性关系。线性关系可以拟合为如下函数：

，相关 系数(R²)为0.9822，表明该稀土荧光复合材料可以作为定量检测UA的良好荧光探针。此外 如图9c所示，制作用稀土荧光复合材料溶液浸泡并自然风干的试纸，之后进行滴加不同浓 度梯度的尿酸（UA）溶液，明显的看出随着尿酸浓度的升高，试纸的荧光颜色逐渐变浅，直至 最后荧光完全消失，这也可以表明我们所研究的材料可以在医用试纸方面有所突破。再根 据图9b，我们可以计算出稀土荧光复合材料的检出限(LOD)，UA检测的LOD可以由以下两个 公式计算：

其中S_b是稀土荧光复合材料分散在去离子水中的发光强度的标准偏差(N=20)。F₀是稀土荧光复合材料在水中545 nm与440 nm处的强度比；F₁是F₀的平均值；S是图7b中线性关系的斜率。经过计算，其检出限达到了1.702 μΜ。该检出限已经是处于一种较低浓度的检测，这说明该发明的双发射稀土荧光复合材料可以作为优异探针材料应用于尿液中UA的检测。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施案例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可用于非疾病的诊断与治疗目的地人体尿酸检测的稀土荧光复合材料的制备方法，其特征在于：如下操作步骤：

S1，选取原料，硝酸铽和2,3,5,6-吡嗪四甲酸；

S2，将2,3,5,6-吡嗪四甲酸溶解在蒸馏水中；

S3，将硝酸铽的甲醇溶液加入到S2所得溶液中，搅拌；

S4，静置，离心收集白色沉淀，洗涤之后进行烘干得到白色样品；

S5，将样品浸泡在不同浓度的染料中进行处理，所叙述染料为7-二乙胺基-4-甲基香豆素；

S6，收集步骤S5中淡黄色沉淀，对其进行干燥，得到染料包覆的稀土金属有机框架材料，简称稀土荧光复合材料；

S7，对得到的稀土荧光复合材料进行表征与检测。

2.根据权利要求1所叙述的稀土荧光复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2与步骤S3中均为室温搅拌30分钟。

3.根据权利要求1所叙述的稀土荧光复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中静置时间为24小时，烘干的温度为75℃，时间为12小时。

4.根据权利要求1所叙述的稀土荧光复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中将样品浸泡在1×10^-2 mol·L^-1的染料中，DMF作溶剂，超声处理1 h，放置72 h。

5.一种可用于非疾病的诊断与治疗目的地人体尿酸检测的稀土荧光复合材料的应用，其特征在于：所述的应用为染料包覆的稀土金属有机框架材料在检测尿酸。

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