CN115112730A - 一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法，属于新型功能材料、电化学发光传感领域。由于共轭大环配体的“天线效应”，Gd与Pc形成的配合物的结合表现出优异的发光特性。此外，In2O3/ZnIn2S4管状异质结构的合理设计和结构加速了光生电荷的分离和传输，复合物形成的花状纳米片提供了更多的活性位点，不仅可以大大增加发光体的固体负载，还能有效缩短离子和共反应物之间的传输距离，这提高了生物传感器的灵敏度。以半三明治结构化合物GdPc(acac)（Pc=酞菁；acac=乙酰丙酮）作为发光材料，三维花状纳米棒In2O3/ZnIn2S4为共反应剂成功构建了适配体传感器，对卡那霉素的线性检测范围为0.01 pg/mL~1000 ng/mL，检测限为0.003 pg/mL。
Description
技术领域
本发明属于涉及一种用于检测卡那霉素的基于镧系半三明治结构配合物发光体的电化学发光适配体传感器；具体说是以GdPc(acac)（Pc=酞菁；acac=乙酰丙酮）配合物为发光材料，以In2O3/ZnIn2S4作为共反应剂促进剂的适配体传感器。
背景技术
凭借高灵敏度、宽泛的检测范围和低背景信号等优点，电化学发光检测技术在免疫分析、薄膜蛋白成像和环境监测等许多领域引起广泛关注；发光物质在ECL检测过程中起着至关重要的作用，到目前为止，许多类型的发光材料，包括无机Ru、Ir配合物、有机化合物（酰肼、吖啶、多环芳烃）和纳米材料（量子点、贵金属纳米团簇）在电化学发光相关领域都有大量报道；由于正三价态的电子跃迁（4f-4f）自旋势垒特性降低了摩尔吸收系数，镧系金属离子不能被有效激发而产生高的发光效率;研究发现，可以通过加入有机配体改善其发光效率。
随着合适的有机配体的引入，配合物的自发光特性可以通过天线效应或分子内能量转移进行调节，极大地提高中心离子的发光效率；酞菁作为一种具有18电子共轭大环结构的配体，在分子材料领域具有许多优越的性能，如优良的光学、热稳定性和强烈的光学非线性效应;由于平面共轭大环配体的“天线效应”，酞菁基发光金属离子的配合物的发光性能可以得到有效提高。
众所周知，电化学发光的信号强度被认为是精细检测的必要前提。作为提高发光效率的一种新方法，共反应促进剂已被成功地引入ECL系统;最近，具有独特结构的中空颗粒在电化学传感研究中显示出应用前景;在中空材料的各种结构中，管状结构可以与壳表面的其他半导体形成分层的异质结构;其中，二维半导体纳米片在管状基底上的生长，有利于减少电荷扩散距离，有效提升催化活性位点的数目。
本发明首次合成了一种新的镧系配合物GdPc(acac)作为发光材料，并通过在In2O3微管外表面生长ZnIn2S4 花状纳米薄片，组装成In2O3/ZnIn2S4共反应促进剂，使电化学发光信号明显有所提升；基于GdPc(acac)和In2O3/ZnIn2S4，我们成功地构建了高灵敏度的电化学发光适配体传感器，并用于卡那霉素的检测。
发明内容
本发明的目的之一是制备一种以GdPc(acac)配合物为发光材料，以In2O3/ZnIn2S4作为共反应剂促进剂的适配体传感器。
本发明的目的之二是将该传感器用于牛奶中卡那霉素的高灵敏、特异性检测。
本发明的技术方案如下；
一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法如下；
（1）将直径为4 mm的玻碳电极用氧化铝精细抛光后，用超纯水和乙醇超声冲洗；
（2）取6 μL、浓度为1~6 mg/mL的GdPc(acac)滴在电极表面，置于室温条件下晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为2~12 mg/mL的共反应剂促进剂生物结合物Ag@In2O3/ZnIn2S4-Apt溶液于玻碳电极表面，并在4℃冰箱中保存孵育；
（4）滴加8 μL、质量分数为1~2%的BSA溶液阻断非特异性活性位点；
（5）滴加8 μL、浓度为6~12 mg/mL的0.01 pg/mL~1000 ng/mL的一系列浓度梯度的卡那霉素溶液滴涂在玻碳电极上，放置在4ºC冰箱中保存孵育，即制得检测卡那霉素的电化学发光适配体传感器。
本发明的有益效果为。
（1）引入酞菁作为配体，由于平面共轭大环配体的“天线效应”，含有发光金属离子的酞菁配合物可以表现出优良的光学性能，使镧系金属离子能够被有效激发而产生高的发光强度。
（2）首次合成新的镧系配合物GdPc(acac)作为发光物质。
（3）首次将In2O3/ZnIn2S4作为共反应物（S2O8 2-）的共反应剂促进剂，提升了电化学发光的信号强度。
（4）本发明采用GdPc(acac)及In2O3/ZnIn2S4构建的超灵敏电化学发光适配体传感器，可应用于牛奶中卡那霉素的检测，具有操作简单，检测快速，信号线性范围宽（0.01 pg/mL~1000 ng/mL）和检出限低（0.003 pg/mL）的优点。
附图说明
图1电化学发光免疫传感器的构建过程图。
图2本发明所得GdPc(acac)的电镜图（2A）、In2O3/ZnIn2S4电镜图（2B）。
图3为试验标准曲线的建立。
具体实施方式
实施例1一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法;
（1）将直径为4 mm的玻璃碳电极用氧化铝精细抛光后，用超纯水和乙醇冲洗；
（2）取6 μL、浓度为1 mg/mL的GdPc(acac)滴在电极表面，置于室温条件下晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为2 mg/mL的共反应剂促进剂生物结合物Ag@In2O3/ ZnIn2S4 -Apt溶液于玻碳电极表面，并在4℃冰箱中保存孵育；
（4）滴加8 μL、质量分数为2%的BSA溶液阻断非特异性活性位点；
（5）滴加8 μL、浓度为0.01 pg/mL~1000 ng/mL的一系列浓度梯度的卡那霉素溶液滴涂在玻碳电极上，放置在4ºC冰箱中保存孵育，即制得检测卡那霉素的电化学发光适配体传感器。
实施例2一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法；
（1）将直径为4 mm的玻璃碳电极用氧化铝精细抛光后，用超纯水和乙醇冲洗；
（2）取6 μL、浓度为2 mg/mL的GdPc(acac)滴在电极表面，置于室温条件下晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为2 mg/mL的共反应剂促进剂生物结合物Ag@In2O3/ZnIn2S4-Apt溶液于玻碳电极表面，并在4℃冰箱中保存孵育；
（4）滴加8 μL、质量分数为2%的BSA溶液阻断非特异性活性位点；
（5）滴加8 μL、浓度为0.01 pg/mL~1000 ng/mL的一系列浓度梯度的卡那霉素溶液滴涂在玻碳电极上，放置在4ºC冰箱中保存孵育，即制得检测卡那霉素的电化学发光适配体传感器。
实施例3一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法；
（1）将直径为4 mm的玻璃碳电极用氧化铝精细抛光后，用超纯水和乙醇冲洗；
（2）取6 μL、浓度为2 mg/mL的GdPc(acac)滴在电极表面，置于室温条件下晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为1 mg/mL的共反应剂促进剂生物结合物Ag@In2O3/ ZnIn2S4 -Apt溶液于玻碳电极表面，并在4℃冰箱中保存孵育；
（4）滴加8 μL、质量分数为2%的BSA溶液阻断非特异性活性位点；
（5）滴加8 μL、浓度为0.01 pg/mL~1000 ng/mL的一系列浓度梯度的卡那霉素溶液滴涂在玻碳电极上，放置在4ºC冰箱中保存孵育，即制得检测卡那霉素的电化学发光适配体传感器。
实施例4制备GdPc(acac)发光体及Ag@In2O3/ZnIn2S4-Apt生物结合物
将15 mmol邻二氰基苯、45 mmol Gd(acac)3nH2O和3 mmol DBU加入到100毫升的正戊醇溶液中。混合物在氮气保护下加热，在70℃下保持4小时；随后，将溶液冷却至室温后加入300毫升正己烷，静置一夜后收集沉淀物；用氯仿/甲醇（99:1）的混合物作为洗脱剂，通过柱色谱法纯化该产品；蒸发溶剂，用二氯甲烷/正己烷的混合物重新结晶得到的固体，得到深蓝色产品；
将120 mg In(NO3)3-xH2O和120 mg 1,4-苯二甲酸溶解在150毫升的DMF中并搅拌分钟；所需的溶液在120℃下加热3小时；冷却至室温后，所得沉淀物用乙醇洗涤三次，经真空干燥后，在120℃的空气中以5℃/min-1的加热速率退火2小时，然后在500℃的空气中以同样的加热速率进一步退火2~4小时，得到In2O3纳米管；将30 mgIn2O3纳米管和30 mL水在圆底烧瓶中搅拌30分钟；然后加入90 mgZnCl2，130 mgInCl3，90 mg硫代乙酰胺；所得混合物在80℃下搅拌2小时，过滤后用乙醇洗涤三次，并在真空下干燥；
将硝酸银溶液（3 mL，100 mM）和柠檬酸三钠溶液（5 mL，100 mM）依次加入到200mL超纯水中的2 mg In2O3/ZnIn2S4的溶液中，将充分混合的溶液放入冰箱中冰冷（-20℃，15min）；然后，加入10 mL硼氢化钠溶液（100 nM）20分钟，反应后加入10mL十二烷基硫酸钠溶液，用超纯水将沉淀洗三次；最后，加入200 μL适配体（10 μM），并在4℃下连续摇动混合物约8小时。
实施例5 卡那霉素的检测
（1）将Ag/AgCl电极作为参比电极、铂丝电极作为对电极、所制得的电化学发光传感器作为工作电极，连接在化学发光检测仪的暗盒中，将电化学工作站和化学发光检测仪连接在一起；
（2）化学发光检测仪参数设置如下：光电倍增管的高压设置为650 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（3）电化学工作站参数设置如下：循环伏安扫描电位范围为-0.3 V～-2 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（4）使用含0.1 M KCl和70 mM K2S2O8的PBS缓冲溶液，通过电化学发光法检测不同浓度的PSA产生的电化学发光信号强度；所述PBS缓冲溶液，其pH = 9.5，用0.1 M Na2HPO4和0.1 M KH2PO4配制；
（5）测定一系列不同浓度的卡那霉素对应的电发光信号的大小，建立电发光信号与卡那霉素浓度之间的线性关系, 见图3；根据该定量关系即可测定未知牛奶样品中卡那霉素的浓度。
实施例6
应用实施例1、2和3构建的传感器按照实施例5的检测方法对PSA进行了检测，测得传感器的线性检测范围为0.01 pg/mL-1000 ng/mL，检测限为0.003 pg/mL。
Claims (5)
1.一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
（1）将直径为4 mm的玻碳电极用氧化铝精细抛光后，用超纯水和乙醇超声冲洗；
（2）取6 μL、浓度为1~6 mg/mL的GdPc(acac)（Pc=酞菁；acac=乙酰丙酮）滴在电极表面，置于室温条件下晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为2~12 mg/mL的共反应剂促进剂生物结合物Ag@In2O3/ZnIn2S4-Apt溶液于玻碳电极表面，并在4℃冰箱中保存孵育；
（4）滴加8 μL、质量分数为1~2%的BSA溶液阻断非特异性活性位点；
（5）滴加8 μL、浓度为0.01 pg/mL~1000 ng/mL的一系列浓度梯度的卡那霉素溶液滴涂在玻碳电极上，放置在4ºC冰箱中保存孵育，即制得检测卡那霉素的电化学发光适配体传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法，所述GdPc(acac)发光体及Ag@In2O3/ZnIn2S4 -Apt生物结合物，其特征在于，制备步骤如下：
将10~20 mmol邻二氰基苯、40~60 mmol Gd(acac)3nH2O和1~5 mmol DBU加入到100~300毫升的正戊醇溶液中;
混合物在氮气保护下加热，在70℃下保持4小时;
随后，将溶液冷却至室温后加入300毫升正己烷，静置一夜后收集沉淀物；用氯仿/甲醇（99:1）的混合物作为洗脱剂，通过柱色谱法纯化该产品；蒸发溶剂，用二氯甲烷/正己烷的混合物重新结晶得到的固体，得到深蓝色产品；
将100~200 mg In(NO3)3-xH2O和100~200 mg 1,4-苯二甲酸溶解在150毫升的DMF中并搅拌分钟;
所需的溶液在120℃下加热3小时；冷却至室温后，所得沉淀物用乙醇洗涤三次，经真空干燥后，在120℃的空气中以5℃/min-1的加热速率退火2小时，然后在500℃的空气中以同样的加热速率进一步退火2~4小时，得到In2O3纳米管；将30 mgIn2O3纳米管和30 mL水在圆底烧瓶中搅拌30分钟;
然后加入80~100 mgZnCl2，110~150 mgInCl3，90~100 mg硫代乙酰胺；所得混合物在80℃下搅拌2小时，过滤后用乙醇洗涤三次，并在真空下干燥；将硝酸银溶液（2~5 mL，100 mM）和柠檬酸三钠溶液（7~12 mL，100 mM）依次加入到200 mL超纯水中的2~5 mg In2O3/ZnIn2S4的溶液中，将充分混合的溶液放入冰箱中冰冷（-20℃，15 min）;
然后，加入10 mL硼氢化钠溶液（100 nM）20分钟，反应后加入10mL十二烷基硫酸钠溶液，用超纯水将沉淀洗三次；最后，加入200 μL适配体（10 μM），并在4℃下连续摇动混合物约8小时。
3.根据权利要求1所述制备方法制备的电化学发光适配体传感器用于牛奶中卡那霉素浓度的检测。
4.根据权利要求1所述的一种基于镧系金属配合物发光体的适配体传感器制备方法，其特征在于：所述测试缓冲液的配方组成为50～110 mM K2S2O8的PBS缓冲溶液，所述PBS缓冲溶液，其pH = 7.0～10.0，用0.1 M Na2HPO4和0.1 M KH2PO4配制。
5.根据要求1所述的卡那霉素的检测，其特征在于，检测步骤如下：
（1）将Ag/AgCl电极作为参比电极、铂丝电极作为对电极、所制得的电化学发光传感器作为工作电极，连接在化学发光检测仪的暗盒中，将电化学工作站和化学发光检测仪连接在一起；
（2）化学发光检测仪参数设置光电倍增管的高压设置为600 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（3）电化学工作站参数设置如下：循环伏安扫描电位范围为-0.3 V～-2 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（4）测定一系列不同浓度的卡那霉素对应的电致发光信号的大小，建立电致发光信号与卡那霉素浓度之间的线性关系；根据该定量关系即可测定未知牛奶样品中卡那霉素的浓度。
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