CN113155929A - 基于硼纳米片负载药物与mof-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法 - Google Patents

基于硼纳米片负载药物与mof-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于硼纳米片负载药物与MOF‑纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法，采用超声辅助液相剥离法制备硼纳米片BNSs，负载多柔比星DOX形成BNSs‑DOX载药体系，经滴涂形成BNSs‑DOX修饰的玻碳电极GCE，在修饰电极表面原位电化学沉积共聚制备内包封尿酸氧化酶UOx的金属有机骨架复合物UOx@MOF，形成UOx@MOF/BNSs‑DOX/GCE修饰电极，将其作为电化学传感界面用于外加尿酸和内在DOX的氧化还原，UOx特异性催化氧化UA，随UA浓度增大呈现显著增强的氧化还原信号，DOX氧化还原信号不变且作为参比，构建比率电化学传感器，用于高灵敏和特异性检测尿酸。

Description

基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传 感器的制备方法
技术领域
本发明属于硼纳米片载药体系、MOF-纳米酶杂化物和比率电化学传感器的制备技术领域，具体涉及一种基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法，该制备的比率电化学传感器可用于生物流体样品中尿酸的高灵敏和特异性定量化检测。
背景技术
在当前纳米科学与技术领域，发展新颖的低维纳米材料日益受到广泛关注。以石墨烯为代表的二维材料，电子运动严格受限于二维空间，宏观量子隧道效应显著，具备与体相材料不同的诸多新物性和功能，已成为制造先进微-纳功能化器件的重要选择。迄今，科研人员采用理论和实验研究报道了数百种二维材料，但仅有极少数是单质材料或单元素纳米片，如磷/硅/砷/锗/锑/锡/铋烯等。作为单质材料的代表，仅有石墨烯和磷烯纳米片在自然界中存在对应体相层状材料，可采用直接剥离制得对应纳米材料。石墨烯为纯平面二维结构，其它单质材料均存在不同程度平面屈曲，源于碳与其它元素进行sp/sp2/sp3杂化，拥有丰富的成键方式和机制。理论探索表明，硼烯及硼纳米片有望成为后石墨烯时代单质纳米材料的代表，硼烯纳米材料的理论和实验研究将具有重要的科学意义和应用价值。
近年来的理论探索表明，硼烯及硼纳米片具有诸多独特的性质，研究者预测硼烯具有金属性，是迄今报道的最轻二维金属，用作电子学上可调谐单层金属。硼烯预测具有优异的弹性、柔韧性、强度、光学透明性、超导等性质，在储氢、场发射、超导、复合材料增强元件、柔性纳米元件、光电子器件等重要领域展现出应用前景，引起当前纳米科学界极高的研究兴趣。硼烯的理论探索始于上世纪末，近几年理论研究快速增多，但实验研究进展缓慢，主要源于硼烯缺少对应的体相层状材料。经充分的理论探索，研究者提出了合成硼烯及硼纳米片的可行途径，包括分子束外延生长法、化学气相沉积生长法、液相剥离法等。例如，研究者采用超声或溶剂热辅助的液相剥离法合成了硼纳米片、少层硼烯及功能化复合纳米材料，应用于超级电容器、非线性光子学、光电探测器、生物医学治疗等重要领域。HonglingLi等采用液相剥离方法大规模制备了少层硼纳米片用于构建高性能超级电容器(HonglingLi,Lin Jing,Wenwen Liu,Jinjun Lin,Roland Yingjie Tay,Siu Hon Tsang,Edwin HangTong Teo,Scalable production of few-layer boron sheets by liquid-phaseexfoliation and their superior supercapacitive performance,ACS Nano,2018,12,1262-1272)。郭强兵等使用溶液超声剥离法制备了硼纳米片和开发了基于硼纳米片的可饱和吸收体器件(郭强兵；邱建荣.一种基于硼纳米片的可饱和吸收体器件及应用.国家发明专利申请号：CN 201811039555.1)。
本发明公开了一种基于硼纳米片杂化物高效检测尿酸(Uric acid,UA)的新方法，设计制备了多柔比星(Doxorubicin,DOX)负载的硼纳米片(Boron nanosheets,BNSs)载药体系BNSs-DOX，将其滴涂于玻碳电极GCE上形成修饰电极BNSs-DOX/GCE，然后在其表面采用原位电化学沉积共聚制备内包封尿酸氧化酶(Urate oxidase,UOx)的金属有机骨架ZIF-67复合物(UOx@MOF)，形成UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极的电化学传感界面。在电解质溶液中，外加的尿酸在此电化学传感界面发生UOx特异性催化氧化而呈现显著增强的氧化还原信号，因DOX负载量固定故其氧化还原信号保持不变。基于此，以DOX氧化还原信号为参比构建了基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器，用于高灵敏和特异性定量检测尿酸。截至目前，尚未检索到UOx@MOF/BNSs-DOX杂化物及其比率电化学传感界面相关研究工作的国内外文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的在于发展了一种设计新颖和简单高效的基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法，该制备的比率电化学传感器可用于生物流体样品中尿酸的高灵敏和特异性定量化检测。
为实现上述目的，本发明涉及的基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器，其制备方法包括以下步骤：
(1)采用超声辅助液相剥离法制备硼纳米片BNSs，在磁力搅拌下逐滴加入多柔比星DOX水溶液，配制BNSs-DOX复合物载药体系的乙醇-水分散液；
(2)先滴加Nafion溶液于洁净的玻碳电极GCE表面，然后逐滴加入上述复合物载药体系的乙醇-水分散液，以形成BNSs-DOX/GCE修饰电极-1；
(3)将上述修饰电极-1作为工作电极插入电解槽中，Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，电解液由六水合硝酸钴、2-甲基咪唑、尿酸氧化酶UOx、乙醇和蒸馏水所组成，其中六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和UOx的浓度分别为0.1～1mol/L、1～2mol/L和0.1～1mg/mL，在-5V至-10V恒定电压和100～500s循环伏安扫描时间下，采用原位电化学沉积和共聚方法制备内包封UOx的金属有机骨架ZIF-67复合物UOx@MOF，形成UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极-2的电化学传感界面；
(4)以上述修饰电极-2作为工作电极插入电解槽中，Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，以磷酸缓冲盐溶液PBS为电解液，向此电解液中加入一定量的尿酸水溶液，采用电化学工作站三电极系统测定在尿酸UA不同共存浓度下的电化学方波伏安曲线，拟合UA和DOX的氧化还原峰值电流强度的比值即IUA/IDOX比率与对应UA共存浓度之间的线性关系，构建基于UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极传感界面的比率电化学传感器，用于高灵敏和特异性检测尿酸，其中UA浓度的线性检测范围为1～200微摩尔/升，检测限为0.5～5微摩尔/升。
本发明的效果是公开了基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法，采用超声辅助液相剥离法制备硼纳米片BNSs，制备BNSs-DOX复合物载药体系，将其滴涂于电极表面制备BNSs-DOX/GCE修饰电极，在此修饰电极表面原位电化学沉积和共聚制备内包封UOx的金属有机骨架ZIF-67复合物UOx@MOF，进而构建UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE电化学传感界面，UOx特异性催化尿酸UA发生氧化还原，随UA浓度增大其氧化还原信号显著增强，而负载的DOX含量固定其氧化还原信号保持不变，可作为参比信号用于构建信号强度比值即IUA/IDOX比率，采用电化学工作站测量电化学方波伏安曲线，拟合IUA/IDOX与UA浓度之间的线性关系，进而发展基于UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE传感界面的比率电化学传感器，应用于尿酸的高灵敏和特异性检测。
附图说明
图1为基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法与工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例涉及的基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法与工作原理示意图如图1所示，具体制备步骤如下：
在磁力搅拌下向40mL异丙醇中加入80mg硼粉末，混合均匀后采用探针超声20min，然后在水浴中超声处理24h，产物混合液在3500rpm转速下离心20min，取上层混合液在12000rpm转速下离心10min，所得沉淀物用乙醇和蒸馏水洗涤三次，真空干燥后得到硼纳米片BNSs。配制该BNSs乙醇分散液，在磁力搅拌下逐滴加入多柔比星DOX水溶液，配制BNSs-DOX复合物载药体系的乙醇-水分散液，其中BNSs质量浓度为10mg/mL，DOX摩尔浓度为1毫摩尔/升。
在洁净的玻碳电极GCE表面滴加酒精稀释的0.5％Nafion溶液4μL，然后逐滴加入上述BNSs-DOX乙醇水分散液5滴，形成BNSs-DOX/GCE修饰电极-1，每滴一滴后在N2气流下干燥再滴下一滴，然后将干燥的修饰电极-1工作电极插入电解槽中，Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，电解液由六水合硝酸钴、2-甲基咪唑、尿酸氧化酶UOx、乙醇和蒸馏水所组成，其中六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和UOx的浓度分别为0.1mol/L、1mol/L和0.1mg/mL。在-5V至-10V的恒定电压和100s的循环伏安扫描时间下，采用原位电化学沉积和共聚方法制备内包封UOx的金属有机骨架ZIF-67复合物UOx@MOF，形成UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极-2的电化学传感界面。
在N2气流下干燥修饰电极-2，然后将其作为工作电极插入电解槽中，以Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，以磷酸缓冲盐溶液PBS为电解液，向此电解液中加入一定量的尿酸水溶液，采用电化学工作站三电极系统测定在尿酸UA不同共存浓度下的电化学方波伏安曲线，再拟合UA和DOX的氧化还原峰值电流强度的比值即IUA/IDOX比率与对应UA共存浓度之间的线性关系，构建基于该UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极传感界面的比率电化学传感器，用于高灵敏和特异性检测尿酸，其中UA浓度的线性检测范围为1～100微摩尔/升，检测限为0.5微摩尔/升。
实施例2
本实施例涉及的基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法与工作原理示意图如图1所示，BNSs-DOX复合物载药体系的乙醇-水分散液的制备同实施例1，其它具体制备步骤如下：
在洁净的玻碳电极GCE表面滴加酒精稀释的0.5％Nafion溶液4μL，然后逐滴加入上述BNSs-DOX乙醇水分散液5滴，形成BNSs-DOX/GCE修饰电极-1，每滴一滴后在N2气流下干燥再滴下一滴，然后将干燥的修饰电极-1工作电极插入电解槽中，Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，电解液由六水合硝酸钴、2-甲基咪唑、尿酸氧化酶UOx、乙醇和蒸馏水所组成，其中六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和UOx的浓度分别为0.5mol/L、1.5mol/L和0.5mg/mL。在-5V至-10V的恒定电压和200s的循环伏安扫描时间下，采用原位电化学沉积和共聚方法制备内包封UOx的金属有机骨架ZIF-67复合物UOx@MOF，形成UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极-2的电化学传感界面。
在N2气流下干燥修饰电极-2，然后将其作为工作电极插入电解槽中，以Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，以磷酸缓冲盐溶液PBS为电解液，向此电解液中加入一定量的尿酸水溶液，采用电化学工作站三电极系统测定在尿酸UA不同共存浓度下的电化学方波伏安曲线，再拟合UA和DOX的氧化还原峰值电流强度的比值即IUA/IDOX比率与对应UA共存浓度之间的线性关系，构建基于该UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极传感界面的比率电化学传感器，用于高灵敏和特异性检测尿酸，其中UA浓度的线性检测范围为1～200微摩尔/升，检测限为1微摩尔/升。
实施例3
本实施例涉及的基于硼纳米片负载药物与MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法与工作原理示意图如图1所示，BNSs-DOX复合物载药体系的乙醇-水分散液的制备同实施例1，其它具体制备步骤如下：
在洁净的玻碳电极GCE表面滴加酒精稀释的0.5％Nafion溶液4μL，然后逐滴加入上述BNSs-DOX乙醇水分散液5滴，形成BNSs-DOX/GCE修饰电极-1，每滴一滴后在N2气流下干燥再滴下一滴，然后将干燥的修饰电极-1工作电极插入电解槽中，Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，电解液由六水合硝酸钴、2-甲基咪唑、尿酸氧化酶UOx、乙醇和蒸馏水所组成，其中六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和UOx的浓度分别为1mol/L、2mol/L和1mg/mL。在-5V至-10V的恒定电压和500s的循环伏安扫描时间下，采用原位电化学沉积和共聚方法制备内包封UOx的金属有机骨架ZIF-67复合物UOx@MOF，形成UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极-2的电化学传感界面。
在N2气流下干燥修饰电极-2，然后将其作为工作电极插入电解槽中，以Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，以磷酸缓冲盐溶液PBS为电解液，向此电解液中加入一定量的尿酸水溶液，采用电化学工作站三电极系统测定在尿酸UA不同共存浓度下的电化学方波伏安曲线，再拟合UA和DOX的氧化还原峰值电流强度的比值即IUA/IDOX比率与对应UA共存浓度之间的线性关系，构建基于该UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极传感界面的比率电化学传感器，用于高灵敏和特异性检测尿酸，其中UA浓度的线性检测范围为5～200微摩尔/升，检测限为5微摩尔/升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.基于硼纳米片负载药物与金属有机骨架MOF-纳米酶杂化物的比率电化学传感器的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：
(1)采用超声辅助液相剥离法制备硼纳米片BNSs，在磁力搅拌下逐滴加入多柔比星DOX水溶液，配制BNSs-DOX复合物载药体系的乙醇-水分散液；
(2)先滴加Nafion溶液于洁净的玻碳电极GCE表面，然后逐滴加入上述复合物载药体系的乙醇-水分散液，以形成BNSs-DOX/GCE修饰电极-1；
(3)将上述修饰电极-1作为工作电极插入电解槽中，Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，电解液由六水合硝酸钴、2-甲基咪唑、尿酸氧化酶UOx、乙醇和蒸馏水所组成，其中六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和UOx的浓度分别为0.1～1mol/L、1～2mol/L和0.1～1mg/mL，在-5V至-10V恒定电压和100～500s循环伏安扫描时间下，采用原位电化学沉积和共聚方法制备内包封UOx的金属有机骨架ZIF-67复合物UOx@MOF，形成UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极-2的电化学传感界面；
(4)以上述修饰电极-2作为工作电极插入电解槽中，Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，以磷酸缓冲盐溶液PBS为电解液，向此电解液中加入一定量的尿酸水溶液，采用电化学工作站三电极系统测定在尿酸UA不同共存浓度下的电化学方波伏安曲线，拟合UA和DOX的氧化还原峰值电流强度的比值即IUA/IDOX比率与对应UA共存浓度之间的线性关系，构建基于UOx@MOF/BNSs-DOX/GCE修饰电极传感界面的比率电化学传感器，用于高灵敏和特异性检测尿酸，其中UA浓度的线性检测范围为1～200微摩尔/升，检测限为0.5～5微摩尔/升。
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