功能化金属有机骨架材料、其构建的FKN传感器及其制备方法与流程

本发明涉及一种功能化金属有机骨架材料、其构建的fkn传感器及其制备方法。

背景技术：

fractalkine(fkn,也称为cx3cl1)具有cx3c趋化因子结构域，并在活化的内皮细胞，神经元，树突细胞和血管平滑肌细胞中表达。fkn是一种跨膜蛋白，通过与特异性受体cx3cr1结合来介导细胞间的粘附和信号转导。最近的研究表明，除了趋化性和粘附性之外，fkn在某些疾病如阿尔茨海默病、炎症和肥胖症中起着不可或缺的作用。fkn是检测巴雷斯特食道症的生物标志物。迄今为止，大多数关于fkn的研究集中在与各种疾病相互作用的机制上，并且定量检测fkn的方法很少。fkn主要通过基于酶联免疫吸附测定法(elisa)的试剂盒来测量。为了灵敏地和定量地测量fkn，仍然需要构建新的系统。

金属有机骨架材料(mofs)是近十年来发展迅速的一种配位聚合物。它通常以金属离子为连接点，以有机配体为连接基团材料，形成具有多孔，大表面积，结构和功能多样性以及非凡热稳定性的三维骨架。由于这些优异的性能，mofs已被用于气体储存，分离，催化，能量，药物输送和化学传感等领域。金纳米颗粒(aunps)广泛用于各种生物传感器，具有显着的光学，电学和化学性质，高化学稳定性，易于合成和表面功能化使其成为新型杂化纳米材料的重要组成部分。金属纳米粒子功能化的mofs显示过氧化物酶样活性。

杯芳烃通常是指由亚甲基桥联的苯酚单元组成的大环，并被称为冠醚和环糊精之后的第三代主体化合物。到目前为止，由大环超分子和aunps组成的混合纳米材料已经得到很好的研究。磺酸化杯芳烃(psc)是一类具有刚性和开放空腔的水溶性杯芳烃，对客体分子具有相当大的结合能力，被用作金属纳米粒子的稳定剂。因此，杯芳烃改性的纳米粒子已经成为化学传感器中的热门话题。

因此，我们急需制备一种成本较低、高选择性、可快速可靠安全检测fkn的非酶传感器，这对于临床医疗的检测，疾病前期的诊断具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种功能化金属有机骨架材料。

本发明的目的之二在于提供由该骨架材料构建的fkn传感器。

本发明的目的之三在于该传感器的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下机理：合成了一种新型的多孔性磺酸化杯芳烃包覆的金纳米粒子功能化金属有机骨架(psc-aunps/mofs)，构建了灵敏的fkn传感器，并用作氧化h2o2。一方面，不同层数的导电psc-aunps薄膜通过主客体相互作用固定在金电极表面。psc-aunps多层膜表现出良好的生物相容性和高电子传输性，通过逐层组装psc-aunps，电化学信号得到显着改善，psc-aunps与fkn抗体结合以鉴定靶蛋白fkn。另一方面，在mofs表面，适体修饰的psc-aunps可以通过主客体识别进行固定。从cu(ii)到cu(iii)的电子转移可以通过mofs对h2o2还原的催化而得到改善，导致显著的信号读出。psc-aunps/mofs不仅具有快速的电子传输能力，而且增加了能识别fkn的fkn适体的负载能力。通过这样的设计，psc-aunps/mofs信号放大策略的突出分析能力为fkn的临床检测提供了潜在的应用。

根据上述机理，本发明采用如下技术方案：

一种功能化金属有机骨架材料，其特征在于该骨架材料的结构为：以cu²⁺为中心金属离子，2-氨基对苯二甲酸为配体,在溶剂热的条件下,合成了一种金属有机框架(mofs)材料cu(bdc-nh2)2，bdc表示对苯二甲酸根；该铜基金属骨架纳米材料表面修饰有氨基基团。

一种fkn传感器，采用上述的功能化金属有机骨架材料来构建，其特征在于该传感器为：利用金电极表面上的psc-aunps自组装多层膜固定fkn抗体作为生物识别表面；同时制备了一种多孔性磺酸基杯芳烃包覆的金纳米粒子官能化金属有机骨架材料用于信号标签来催化h2o2。

一种制备上述的fkn传感器的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将2.8ml浓度为10^-2mol/lpsc和浓度为2.63×10^-2mol/l氯金酸(haucl4)避光搅拌20min。之后迅速加入2.8ml浓度为10^-2mol/l的硼氢化钠(nabh4)，搅拌反应至溶液的颜色由淡黄色变为深褐色最后变为酒红色，停止反应，避光静置5-8小时后把制备好的psc-aunps转移至棕色瓶中储存于4℃备用；

b.将100μlpsc-aunps滴入所得mofs搅拌10-12小时来制备psc-aunps/mofs，然后将200μl1μmnh2封端的fknapt加入到上述psc-aunps/mofs溶液中，通过搅拌10-12小时后将获得的apt/psc-aunps/mofs修饰在三维金纳米构建的三维电极表面，利用mofs过氧化氢模拟酶的作用催化h2o2的分解达到检测fkn的目的。

上述的金属有机框架的制备方法为：搅拌下，将聚乙烯吡咯烷酮、2-氨基对苯二甲酸和cu(no3)2·3h2o按1:3:10的摩尔比溶解于n，n-二甲基甲酰胺和乙醇按1:1的体积比混合物中，充分混匀，在100℃下加热4-6小时；去掉上清液，然后加入dmf以溶解所得沉淀物，将该溶液在100℃加热8-10小时以除去未反应的试剂，离心分离获得金属有机框架。

本发明利用金属有机骨架材料构建的fkn传感器，固定在金电极表面的psc-aunps多层膜表现出良好的生物相容性和高电子传输性，适体修饰的psc-aunps可以通过主客体识别进行固定在mofs材料上，通过mofs对h2o2的催化而达到检测fkn的目的。合成的mofs结构具有模拟过氧化氢酶的催化活性，所述的mofs纳米颗粒的粒径：约为1.5um。psc-aunps/mofs不仅具有快速的电子传输能力，而且增加了能识别fkn的fkn适体的负载能力。在电化学条件下对过氧化氢进行催化达到fkn传感器的作用。

不同浓度的fkn在含有10mm的过氧化氢pbs缓冲溶液中进行电化学扫描，获得的dpv图谱。能看到随着fkn浓度的增加，在0.01v电压处的对应为fkn的氧化还原反应峰位也在增加。经过对10pg/ml-10μg/ml浓度的fkn溶液的检测，建立fkn浓度和氧化还原峰电流的线性关系，研究发现该传感器具有良好的重现性、稳定性和选择性，最后采用加标的血清溶液来进行实际样品的检测，在血清中也能检测到电化学信号的变化，说明利用mofs过氧化氢模拟酶的传感器可以对fkn进行检测，并且应用于实际样品的检测中。

本发明的优点和特点如下所述：本发明第一次利用mofs材料来检测fkn，同时也是第一次用电化学的方法对fkn进行检测。本发明为了开发灵敏的fkn电化学生物传感器，利用金电极表面上的psc-aunps自组装多层膜固定fkn抗体作为生物识别表面。同时制备了一种新型的多孔性磺酸基杯芳烃包覆的金纳米粒子官能化金属有机骨架材料用于信号标签来催化h2o2。固定在金电极表面的psc-aunps多层膜表现出良好的生物相容性和高电子传输性，适体修饰的psc-aunps可以通过主客体识别进行固定在mofs材料上，通过mofs对h2o2的催化而达到检测fkn的目的。合成的mofs结构具有模拟过氧化氢酶的催化活性，所述的mofs纳米颗粒的粒径：约为1.5um。psc-aunps/mofs不仅具有快速的电子传输能力，而且增加了能识别fkn的fkn适体的负载能力。在电化学条件下对过氧化氢进行催化达到fkn传感器的作用。psc-aunps多层膜具有良好的生物相容性和高电子传输性。结合mofs的良好催化能力，用灵敏的电化学免疫传感器实现了定量fkn检测，检测限为7.4pg/ml。

本发明构建了一种用金属有机骨架材料检测fkn的新型模拟酶传感器，将金属有机骨架材料应用于电化学界面检测中，取得了满意的结果。这一检测方法能够直观的观察特定峰电流的数值来检测fkn的浓度，同时还可以有效的在复杂的实际样品检测中起到检测fkn的作用。我们构建的模拟酶fkn传感器为疾病监测和实际生活中fkn的检测提供了更为便捷的方法，同样的原理还可推广到其它物质的检测，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明构建的金属有机骨架材料体系修饰电极在不同浓度的fkn中的扫描dpv图。

图2为金属有机骨架材料的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例中的功能化金属有机骨架材料、其构建的fkn传感器及其制备方法步骤如下：

(1)psc功能化的金纳米颗粒的制备方法为：将体积为250ml的圆底烧瓶装上铁架台，加入126ml的超纯水并搅拌，随后加入2.8ml浓度为10^-2mol/lpsc和浓度为2.63×10^-2mol/l氯金酸(haucl4)避光搅拌20min。之后迅速加入2.8ml浓度为10^-2mol/l的硼氢化钠(nabh4)，剧烈搅拌两个小时后停止，整个过程可观察到溶液的颜色由淡黄色变为深褐色最后变为酒红色，搅拌停止后静置5小时后把制备好的psc功能化的金纳米颗粒转移至棕色瓶中储存于4℃备用。

(2)金属有机骨架材料的制备方法：首先，在搅拌下将0.20g聚乙烯吡咯烷酮溶解于4mln，n-二甲基甲酰胺和4ml乙醇的混合物中。随后，将5.43mg的2-氨基对苯二甲酸和24.20mg的cu(no3)2·3h2o混入到4ml的dmf中并加入到上述混合物中。将上述混合物超声处理20分钟后，将其在高压釜中在100℃下加热5小时。接着，去掉上清液，然后加入20mldmf以溶解所得沉淀物。将溶液在100℃下进一步加热8小时以除去未反应的试剂。最后，通过离心获得所得的mofs，并在4℃下储存以供进一步使用。

(3)fkn传感器的制备方法：将100μlpsc-aunps滴入所得mofs搅拌10-12小时来制备psc-aunps/mofs，然后将200μl1μmnh2封端的fkn适体加入到上述psc-aunps/mofs溶液中，通过搅拌10-12小时后将获得的apt/psc-aunps/mofs修饰在三维金纳米构建的三维电极表面，利用mofs过氧化氢模拟酶的作用催化h2o2的分解达到检测fkn的目的。

整个传感器由三电极系统的电化学工作站组成，其中参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂电极，工作电极为修饰有三维金纳米结构的金电极，待测液作为电解液使用。

电化学传感器模拟酶检测fkn：利用金电极表面上的psc-aunps自组装多层膜固定fkn抗体作为生物识别表面。同时制备了一种新型的多孔性磺酸基杯芳烃包覆的金纳米粒子官能化金属有机骨架材料用于信号标签来催化h2o2。利用psc-aunps多层膜良好的生物相容性和高电子传输性，结合mofs的良好催化能力，实现电化学检测fkn的目的。

电解液条件：使用ph＝7.4的含有1mm过氧化氢的pbs缓冲溶液作为实验检测的电解液。

fkn的浓度范围：10pg/ml-10μg/ml

参见附图，图1为构建的金属有机骨架材料体系修饰电极在不同浓度的fkn中的扫描dpv图。图2为金属有机骨架材料的扫描电子显微镜图。由图可见，随着fkn浓度的增大，在0.01v处的h2o2氧化还原电位峰值也随之增大，通过峰电流的有无和数值大小可以判断待测体系中是否存在fkn以及fkn的浓度大小。通过扫描电子显微镜能够观察到合成的金属有机骨架材料良好的形貌，易于表面修饰。

本发明通过金属有机骨架材料模拟生物酶检测fkn，与其他方法相比，制备方法简便，不需要复杂器材，耗费时间少，模拟酶相比于生物酶保存简单，成本低廉，效果稳定。这一检测方法在很大程度上拓展了三维金纳米的应用，将会使构建三维的金纳米颗粒体系在未来的生产、生活以及科研中得到更为广泛的应用。同时，构建的模拟酶传感器在fkn的检测中有很强的特异性。利用mofs过氧化氢模拟酶的这一重要特性，我们构建的fkn传感器为工业生产和疾病诊断中的fkn检测提供了更为便捷的方法。