银-金-金属有机框架复合物表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用

银
‑
金
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金属有机框架复合物表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于多巴胺的化学检测技术领域，具体涉及一种银
‑
金
‑
金属有机框架(ag
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au
‑
mil
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101)复合物表面增强拉曼散射(sers)基底及其制备方法和应用，即银
‑
金
‑
金属有机框架复合物制备及拉曼光谱血清中多巴胺检测的方案，并基于快速偶氮衍生反应，结合该复合物基底检测血清中的多巴胺。


背景技术：

2.近几年，复合性纳米粒子的研究成了一大热门。复合性纳米粒子一般都能综合单体的特性，所以其最大的特点是它的多功能性。因此它被广泛应用在如痕量检测、污染物分离、分子识别等诸多领域。而制备复合性纳米粒子的方法一般都较困难，所以能用一种简单有效的方法制备出理想的复合性纳米粒子也是现在研究的热点。
3.复合性纳米粒子的研究方向很多，其中用的较多的模型是利用双金属结合形成复合物基底。即银
‑
金(ag
‑
au)或金
‑
银(au
‑
ag)，虽然这种基底具有很好的拉曼信号增强效应，但是具有均匀性、稳定性差等问题，所以需要找出一种材料来稳定金银纳米粒子，金属有机骨架(metal organic frameworks,mofs)是一种由金属离子/团簇与有机配体配合形成的晶体多孔材料。mofs具有结构多样、孔径可调、比表面积大等优点，在分子分离、化学催化、气体吸附、光学、化学传感、药物释放等方面有广泛的应用。近年来，许多基于mofs的表面增强拉曼(sers)基底也已制备用于痕量检测，mof稳定au nps和ag nps作为sers衬底具有广阔的应用前景。
4.中枢神经系统中的多巴胺(da)作为一种神经递质，在调节行为和生理过程中发挥着重要作用，如维持适当的心率、血压、情绪管理和意识等。然而，da的异常量会导致阿尔茨海默氏症。目前中国有阿尔兹海默症患者500万人之多，占世界总病例数的四分之一，而且每年平均有30万新发病例。目前中国阿尔兹海默症患者的患病率已随着年龄的升高呈显著增长趋势：75岁以上达8.26％，80岁以上高达11.4％；阿尔兹海默症的患者女性多于男性，60岁以上妇女患阿尔兹海默症，通常是相匹配男性的2到3倍。9月21日是“世界老年痴呆日”，每年在全世界的许多国家和地区都要举办这个宣传日活动，使全社会都懂得阿尔兹海默症的预防是非常重要的，应当引起足够的重视。因此，对痕量多巴胺的检测具有十分重要的意义。
5.迄今为止，国内外尚未有利用金属有机框架作为固定框架制备ag
‑
au
‑
mil
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101复合物的理想方法。便携式拉曼检测血液中的多巴胺，从而现场便捷有效的监测多巴胺含量异常人群是一个迫切需要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底的制备方法。
7.本发明的第二个目的是提供上述的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底。
8.本发明的第三个目的是提供上述的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底的应用。
9.为达到上述首要目的，本发明的解决方案是：
10.一种ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底的制备方法，其包括如下步骤：
11.(1)、合成mil
‑
101：六水合三氯化铁和对苯二甲酸超声溶解在二甲基甲酰胺中，转移至高压釜中反应，反应停止后在室温条件下冷却，离心分离，洗涤，然后置于热乙醇中搅拌，并离心，干燥，冷却备用；
12.(2)、合成ag
‑
mil
‑
101复合物：将mil
‑
101超声分散在硝酸银中，加热搅拌至沸腾，加入柠檬酸三钠，保持沸腾1h后停止加热，继续搅拌至室温；
13.(3)、合成ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底：将ag
‑
mil
‑
101复合物加入去离子水稀释，得到ag
‑
mil
‑
101溶液；在剧烈搅拌的条件下，将盐酸羟胺和四水合氯金酸逐滴加入所述银
‑
金属有机框架溶液中，并搅拌即可。
14.进一步地，步骤(1)中，反应的温度为100
‑
115℃，反应的时间为20
‑
24h。
15.进一步地，步骤(1)中，热乙醇的温度为55
‑
70℃；搅拌的时间为2
‑
4h；干燥的温度为65
‑
75℃，干燥的时间为30
‑
60min。
16.进一步地，步骤(3)中，剧烈搅拌的转速为590
‑
610rpm。
17.进一步地，步骤(3)中，搅拌的时间为40
‑
45min。
18.为达到上述第二个目的，本发明的解决方案是：
19.一种ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底，其由上述的制备方法得到。
20.为达到上述第三个目的，本发明的解决方案是：
21.一种利用上述的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底在检测血清中da的应用，即基于偶氮反应检测血清中da。
22.进一步地，检测血清中da的过程包括如下步骤：
23.(a)、在血清中依次加入da和乙醇，然后离心，得到上清液；
24.(b)、在上清液中加入亚硝酸钠溶液、对巯基苯胺(patp)溶液和碳酸钠溶液，偶氮衍生化1
‑
8min，得到偶氮衍生产物(azo)；
25.(c)、将azo和ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底混合，之后滴干在铝箔纸上进行检测。
26.进一步地，步骤(a)中，离心的转速为5500
‑
6500rpm，离心的时间为15
‑
20min。
27.由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
28.第一、本发明的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sesr基底的制备方法简单，稳定性好；该ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sesr基底的灵敏度高，拉曼散射增强效应好，结合偶氮衍生反应可以实现快速灵敏检测血清中痕量da。
29.第二、本发明的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底利用偶氮衍生反应提高分析的选择性和灵敏度，可以用于阿尔兹海默症早期筛选。
附图说明
30.图1为本发明的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底的制备及偶氮衍生反应检测da示意图。
31.图2为本发明的ag
‑
au
‑
mil
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101复合物sers基底的制备过程中的形貌图(a为mil
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101的sem图，b为mil
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101的tem图，c为ag
‑
mil
‑
101的sem图，d为ag
‑
au
‑
mil
‑
101的sem图，e为ag
‑
au
‑
mil
‑
101的的tem图和元素能谱图)。
32.图3为本发明的da、azo以及patp的紫外可见(uv
‑
vis)光谱图和sers谱图(a为da、azo和patp的uv
‑
vis光谱图，b为da、azo和patp在ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底和空白上的sers光谱图)。
33.图4为本发明利用ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底检测血清中的da拉曼谱图(a为基于ag
‑
au
‑
mil
‑
101的不同浓度da的sers光谱图，b为在1380cm
‑1处的sers强度与不同浓度的da绘制的校正曲线)。
34.图5为本发明的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底检测血清中不同物质的示意图(a为反应后抗坏血酸(aa)、多巴胺(da)、尿酸(ua)、葡萄糖(glucose)归一化比例图，b为血清中基于ag
‑
au
‑
mil
‑
101的不同浓度da的sers谱图)。
具体实施方式
35.本发明提供了一种ag
‑
au
‑
mil
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101复合物sers基底及其制备方法和应用。即基于ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物
‑
偶氮衍生反应协同拉曼检测da。
36.<ag
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au
‑
mil
‑
101复合物sers基底的制备方法>
37.如图1所示，本发明的ag
‑
au
‑
mil
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101复合物sers基底的制备方法包括如下步骤：
38.(1)、合成mil
‑
101：0.675g六水合三氯化铁(fecl3.6h2o)和0.206g对苯二甲酸(tpa)超声溶解在15ml二甲基甲酰胺(dmf)中，转移至高压釜中反应，反应停止后在室温条件下冷却，离心分离，分别用dmf、乙醇清洗三遍，然后置于热乙醇中进行活化步骤，搅拌后离心，干燥，冷却，密封备用；
39.(2)、合成ag
‑
mil
‑
101复合物(即制备银纳米粒子(ag nps)修饰的mil
‑
101复合物)：将10mg的mil
‑
101超声分散在25ml、0.53mmol/l的硝酸银(agno3)中，加热搅拌至沸腾，迅速加入0.5ml、1wt％柠檬酸三钠，保持沸腾1h后停止加热，继续搅拌至室温；
40.(3)、合成ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底：将12.5ml的ag
‑
mil
‑
101复合物加入10ml去离子水进行稀释，得到ag
‑
mil
‑
101溶液；在剧烈搅拌的条件下，将1ml、6.25mmol/l的盐酸羟胺(nh2oh
·
hcl)和2ml、4.65mmol/l四水合氯金酸(haucl4.4h2o)逐滴加入ag
‑
mil
‑
101溶液中，并搅拌，置于4℃中保存。
41.其中，在步骤(1)中，反应的温度可以为100
‑
115℃，优选为110℃；反应的时间可以为20
‑
24h，优选为20h。
42.在步骤(1)中，热乙醇的温度可以为55
‑
70℃，优选为60℃；搅拌的时间可以为2
‑
4h，优选为3h；干燥的温度可以为65
‑
75℃，优选为70℃；干燥的时间可以为30
‑
60min，优选为60min。
43.在步骤(3)中，剧烈搅拌的转速可以为590
‑
610rpm，优选为600rpm。
44.在步骤(3)中，搅拌的时间可以为40
‑
45min，优选为45min。
45.<ag
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au
‑
mil
‑
101复合物sers基底>
46.由上述的制备方法得到本发明的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底。
47.从图2中可知，图2中的a和b中可以看出该mil
‑
101呈八面体形状，尺寸大概为
300nm，图2中的c可以看出成功合成ag
‑
mil
‑
101，图2中的d可以看出成功合成ag
‑
au
‑
mil
‑
101，图2中的e可以看出该复合物有ag、au、fe元素的存在证明材料的成功合成。
48.<ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底的应用>
49.本发明的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底可以在检测血清中da得以应用。
50.其中，检测血清中da的过程包括如下步骤：
51.(a)、取1ml血清，加入1ml、10
‑5mol/l的da，再加入4ml乙醇，然后离心，得到上清液；
52.(b)、取1ml上清液，在冰水浴以及手动摇动的条件下加入100μl、50g/l亚硝酸钠(nano2)溶液和100μl、1.00mmol/l的patp溶液，再加入100μl、100g/l碳酸钠(na2co3)溶液，偶氮衍生化1
‑
8min，优选为5min，得到azo；
53.(c)、取10μl的azo和10μl的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底混合，滴干在铝箔纸上进行检测。
54.在步骤(a)中，离心的转速可以为5500
‑
6500rpm，优选为6000rpm；离心的时间可以为15
‑
20min，优选为15min。
55.从图3可知，da与patp成功反应生成azo。图3中a的横坐标wavelength为波长，纵坐标absorbance为吸光度；b的横坐标raman shift为拉曼位移，纵坐标intensity为强度。
56.从图4可知，可以看出该复合基底的检出限低，线性范围较宽。该复合基底具有非常优异的灵敏度。图4中a的横坐标raman shift为拉曼位移，纵坐标intensity为强度；b的横坐标concentration为浓度，纵坐标intensity为强度。
57.从图5可知，本发明的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底具有良好的选择性，在实际血清样品中也具有非常好的灵敏度。图5中b的横坐标raman shift为拉曼位移，纵坐标intensity为强度。
58.上述光谱图采用便携式拉曼光谱仪(enwave)，激发波长为633nm，最大功率为300mw。
59.综上，与传统的sers基底相比，mof与金或银纳米颗粒相结合形成的复合基底具有明显的优势。因此首先通过水热法制备了金属有机框架mil
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101，再次制备了ag
‑
mil
‑
101，最后制备了ag
‑
au
‑
mil
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101复合物sers基底。实验结果表明，以mil
‑
101为固定框架的模板制备的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底稳定性高，采用便携式拉曼光谱仪结合快速偶氮衍生反应可以实现快速灵敏检测血清中痕量多巴胺。检测限为10
‑
11
mol/l，远远低于美国物质滥用和精神健康服务管理局制定的标准(10
‑6mol/l)。
60.以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
61.实施例：
62.本实施例的ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底的制备方法包括如下步骤：
63.(1)、合成mil
‑
101：0.675g的fecl3.6h2o和0.206g的tpa超声溶解在15ml的dmf中，转移至高压釜中，在110℃条件下，反应20h，反应停止后在室温条件下冷却，离心分离，分别用dmf、乙醇清洗三遍，然后置于热乙醇中进行活化步骤，60℃条件下，搅拌3h后离心，70℃下干燥60min，冷却，密封备用。
64.(2)、合成ag
‑
mil
‑
101复合物：将10mg的mil
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101超声分散在25ml、0.53mmol/l的agno3中，加热搅拌至沸腾，迅速加入0.5ml、1wt％柠檬酸三钠，保持沸腾1h后停止加热，继续搅拌至室温。
65.(3)、合成ag
‑
au
‑
mil
‑
101复合物sers基底：12.5ml的ag
‑
mil
‑
101复合物加入10ml去离子水进行稀释，得到ag
‑
mil
‑
101溶液；在600rpm剧烈搅拌的条件下，将1ml、6.25mmol/l的nh2oh
·
hcl和2ml、4.65mmol/l的haucl4.4h2o逐滴加入ag
‑
mil
‑
101溶液中，并搅拌45min，置于4℃中保存。之后进行快速偶氮衍生反应检测血清中痕量da。
66.(4)、首先取1ml血清，加入1ml、10
‑5mol/l的da，再加入4ml乙醇，在6000rpm转速条件下离心15min，得到上清液；取1ml上清液，在冰水浴以及手动摇动的条件下加入100μl、50g/l的nano2溶液和100μl、1.00mmol/l的patp溶液，再加入100μl、100g/l的na2co3溶液，偶氮衍生化5min，得到azo；取10μl的azo和10μl的ag
‑
au
‑
mil
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101复合物sers基底混合，滴干在铝箔纸上进行检测。
67.上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。