一种包埋铜纳米簇的MOF材料及其制备方法和应用

一种包埋铜纳米簇的mof材料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于纳米材料和生物传感领域，具体涉及一种包埋铜纳米簇的mof材料及其制备方法和在检测中的应用。


背景技术：

2.金属纳米簇(mental nanoclusters,ncs)具有低毒性、制备方法简单、低光漂白性等优点，因此其在构建荧光检测体系中得到广泛的应用。相比于金纳米簇(auncs)和银纳米簇(agncs)，铜纳米簇(cuncs)具有价格低廉、原料易得等优点。
3.金属有机骨架材料(metal-organic frameworks,mof)可通过包埋小分子物质、采用荧光性有机配体构建等方式，合成检测性荧光探针，然后随着检测物质与mof的金属节点的结合，释放有机配体和包埋的荧光物质，从而实现目标物的定量检测。然而，大多数基于mof的荧光探针为单一光路荧光探针。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对目前现有的技术问题，提供一种包埋铜纳米簇的mof材料的制备及其在atp检测中的应用，所述包埋铜纳米簇的mof材料在atp的刺激下产生两种相反的荧光信号变化，mof裂解释放的铜纳米簇呈橙色荧光，来自mof结构的咪唑-2-羧醛呈蓝色荧光，从而用作检测atp的荧光探针，实现atp的双光路比率型荧光检测。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种包埋铜纳米簇的mof材料，通过一锅法将铜纳米簇包埋在mof结构中，制成所述包埋铜纳米簇的mof材料；其中，所述铜纳米簇具有聚集诱导荧光效应，所述铜纳米簇能够在聚集状态下发橙色荧光。
7.其中，所述铜纳米簇以铜盐、还原型谷胱甘肽和铝盐为原料采用常温搅拌的方法制备。
8.其中，所述铜盐是硫酸铜、氯化铜或硝酸铜，所述铝盐是氯化铝、硫酸铝或硝酸铝。
9.所述包埋铜纳米簇的mof材料为通过一锅法将铜纳米簇包埋在mof结构当中。其中，所述铜纳米簇是以硫酸铜、还原型谷胱甘肽、氯化铝作为原料采用常温搅拌的方法制备。
10.本发明还提供一种包埋铜纳米簇的mof材料的制备方法，所述制备方法是：1)以铜盐、还原型谷胱甘肽和铝盐作为原料采用常温搅拌的方法制备橙色荧光铜纳米簇；2)然后将所述铜纳米簇、咪唑-2-羧醛和zn(ac)2加入至同一离心管中进行反应，即一锅法，将所述铜纳米簇包埋入mof的结构中，得到包埋铜纳米簇的mof材料。
11.其中，所述铜盐与还原型谷胱甘肽的摩尔比为1:4～1:10，还原型谷胱甘肽与铝盐的摩尔比为30:1～10:1。
12.其中，所述咪唑-2-羧醛和zn(ac)2的摩尔比为2:1～5:1，zn(ac)2与铜纳米簇的摩尔比为10:1～2:1，反应方式为使用涡旋混合器振荡混合，反应15～30分钟。
13.其中，所述铜盐是硫酸铜、氯化铜或硝酸铜，所述铝盐是氯化铝、硫酸铝或硝酸铝。
14.具体的，先以硫酸铜(氯化铜、硝酸铜)、还原型谷胱甘肽和氯化铝(硫酸铝、硝酸铝)作为原料采用常温搅拌的方法制备橙色荧光铜纳米簇，再将咪唑-2-羧醛和zn(ac)2、铜纳米簇加入同一离心管中，使用涡旋混合器进行混合，使得铜纳米簇被包裹在mof结构中。
15.本发明还提供一种所述包埋铜纳米簇的mof材料的应用，所述包埋铜纳米簇的mof材料应用在分子快速诊断中；所述应用不用于疾病诊断和疾病治疗。
16.优选的，所述包埋铜纳米簇的mof材料应用在atp的快速检测中。所述包埋铜纳米簇的mof材料具有atp裂解功能，在atp分子存在下裂解，实现分子快速诊断中的应用。
17.本发明还提供一种快速检测生物靶标的方法，将所述包埋铜纳米簇的mof材料加入至待检测样品溶液中，成为检测器体系，然后定量和/或定性检测生物靶标；其中，检测器体系中所述包埋铜纳米簇的mof材料终浓度为0.4～1.0g l-1
。
18.所述待检测样品与检测器体系的zn
2+
形成配合物，使得材料中的mof裂解，进而快速释放橙色荧光的铜纳米簇，裂解的mof框架中的有机配体咪唑-2-羧醛产生蓝色荧光，从而实现荧光强度比率检测。
19.所述待检测样品生物靶标与mof结构中的配体结合，使mof结构裂解进而快速释放铜纳米簇，使得体系内铜纳米簇荧光降低，配体咪唑-2-羧醛荧光上升，从而通过荧光比值检测出待检测样品中含有的atp。
20.更进一步的说，在没有atp的情况下，mof结构阻碍了铜纳米簇的分散和荧光的下降。一旦atp出现，atp与mof结构中的zn
2+
结合，使mof结构裂解进而快速释放铜纳米簇，使得铜纳米簇的荧光下降，配体咪唑-2-羧醛荧光上升，荧光比率与atp浓度呈线性关系。该平台是一种快速检测atp的生物传感方法，推动了mof材料在生物医学领域的应用。
21.本发明的有益效果在于：
22.本发明以atp响应性金属有机骨架材料作为基础，并以硫酸铜(氯化铜、硝酸铜)、还原型谷胱甘肽、氯化铝(硫酸铝、硝酸铝)作为原料制备橙色荧光铜纳米簇，将铜纳米簇包裹在mof结构中，制备的包埋铜纳米簇的mof材料具有优异的刺激响应释放性能。mof裂解释放的铜纳米簇呈橙色荧光，来自mof结构的咪唑-2-羧醛呈蓝色荧光，从而实现了atp的双光路比率型荧光检测。
23.利用制备的包埋铜纳米簇的mof材料，实现atp的快速检测，将包埋铜纳米簇的mof材料与atp溶液混合，在atp刺激下mof材料裂解，荧光分子快速释放，荧光比值信号增强。构建的传感器具有良好的检测效果和选择性，其中atp检出限为0.034mm。
24.本发明制备的包埋铜纳米簇的mof具有良好的稳定性、生物相容性，在药物传递、生物传感方面具有广阔的应用前景。本发明生物功能化mof在信号转导和选择性识别方面具有巨大的潜力，进而可用于建立用于分子诊断的荧光探针。
附图说明
25.图1为本发明包埋铜纳米簇的mof的合成路线图；
26.图2为本发明包埋铜纳米簇的mof的tem图(a)、xrd图(b)和ft-ir图谱(c)；
27.图3为本发明实施例提供的包埋铜纳米簇的mof在不同浓度atp下荧光分子释放曲线；
28.图4为本发明实施例提供的包埋铜纳米簇的mof对不同靶标分子检测的荧光强度比较图。
具体实施方式
29.以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
30.实施例1：铜纳米簇的制备
31.采用常温搅拌法制备铜纳米簇。简单地说，2.5ml gsh溶液(50mm)加入2.5ml cuso4水溶液(10mm)，搅拌；再通过加入naoh(1m)调整溶液ph为7，混合液由浑浊变为透明；取5ml混合液加入100μlalcl3溶液(0.1m)，此时混合液由透明变浑浊；合成的cuncs保存在4℃以备后续使用。
32.实施例2：一锅法合成cuncs-al
3+
/zif-90探针
33.cuncs-al
3+
/zif-90采用一锅法合成。取0.8ml cuncs-al
3+
溶液、1ml 2-ica(5mm)dmf溶液和0.5ml醋酸锌二水合物(5mm)dmf溶液，在涡旋搅拌装置上剧烈搅拌15min，得到的cuncs-al
3+
/zif-908500rpm离心5min，dmf和超纯水洗涤2次；最后，将cuncs-al
3+
/zif-90分散于水中，4℃保存。
34.本发明包埋铜纳米簇的mof的合成路线图如图1所示。
35.将cuncs封装到zif-90框架中后，形成的cuncs-al
3+
/zif-90的形貌如图2(a)所示，cuncs-al
3+
/zif-90具有光滑的边缘，尺寸约为70nm。用xrd对cuncs-al
3+
/zif-90的晶体结构进行了表征。所得的衍射峰cuncs-al
3+
/zif-90与模拟的zif-90吻合良好，见图2(b)，与cuncs-al
3+
的xrd衍射峰相比，合成的cuncs-al
3+
/zif-90没有出现cuncs-al
3+
的谱线，说明zif-90已将cuncs-al
3+
包裹在框架结构内。ft-ir图谱也证明了cuncs-al
3+
/zif-90的成功合成，与zif-90相比，cuncs-al
3+
/zif-90的ft-ir光谱在1530cm-1
和1487cm-1
处出现了新的峰，这是由cuncs-al
3+
引起的。另外，在1641cm-1
和1392cm-1
处cuncs-al
3+
的峰被zif-90壳层抑制，表明cuncs-al
3+
被封装在zif-90，见图2(c)。
36.实施例3：基于不同cuncs-al
3+
/zif-90探针检测不同浓度atp
37.应用于一系列的atp浓度时，将荧光探针体系300μl加入300μl不同浓度atp溶液，调整体系atp浓度分别为0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.5、0.6mm，震荡反应1.5分钟，测量溶液在激发波长为360nm，发射波长450nm和620nm时的荧光强度。
38.如图3(a)和图3(b)所示，通过分析atp浓度与荧光强度的关系，该传感器在0.2-0.6mm范围呈良好的线性关系。atp检出限为0.034mm，具有很高的灵敏度。
39.实施例4：基于不同cuncs-al
3+
/zif-90探针检测atp的选择性
40.为探究基于包埋铜纳米簇的mof构建荧光探针的选择性，选择adp、amp和ctp作为模型干扰物质。将荧光探针体系300μl分别加入300μlatp、adp、amp和ctp溶液，调整体系atp和干扰物质的浓度为0.5mm，震荡反应1.5分钟，测量溶液在激发波长为360nm，发射波长450nm和620nm时的荧光强度(参见图4)。
41.如图4所示，相比于adp、amp和ctp，atp的添加引起了显著的比率型荧光反应，显示了该荧光探针良好的选择性。
42.本发明所述包埋铜纳米簇的mof材料在atp的刺激下产生两种相反的荧光信号变
化，mof裂解释放的铜纳米簇呈橙色荧光，来自mof结构的咪唑-2-羧醛呈蓝色荧光，用作检测atp的荧光探针，实现atp的双光路比率型荧光检测。本发明的包埋铜纳米簇的mof具有优异的刺激响应释放性能和双色荧光检测性能。本发明的包埋铜纳米簇的mof具有良好的检测范围和选择性，在药物传递、生物传感方面具有广阔的应用前景。