基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针及其制备方法

1.本发明属于铜掺杂硼量子点和葡萄糖比色探针的制备技术领域，具体涉及一种基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针及其制备方法，该制备的比色探针用于生物流体中葡萄糖的高选择性和可视化检测。


背景技术：

2.葡萄糖是一种多羟基醛的有机化合物，分子式是c6h
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o6，是自然界广泛分布的一种单糖。在生物学领域，葡萄糖是活细胞的能量来源，是新陈代谢的中间产物，是生物体主要的供能物质。葡萄糖很容易被吸收进入血液，常将其作为快速的能量补充，具备加强记忆，刺激钙质吸收，增加细胞间沟通等生理功能。在代谢功能上，葡萄糖易被吸收到肝细胞中，进而减少肝糖分泌，血液中过多的葡萄糖会在肝脏和脂肪组织中转变成脂肪酸和甘油三酸酯。人体中枢神经系统严重依赖于血糖的供应，将血糖作为能源，血糖水平的升高和高浓度存在极有可能是糖尿的症状。
3.此外，体内葡萄糖含量太高会提高胰岛素的浓度，进而引起肥胖和糖尿病；但葡萄糖太少会造成低血糖症、胰岛素休克或糖尿病昏迷等病症。葡萄糖对脑部功能调节也具有重要作用，尤其是忧郁、躁郁、厌食、贪食等行为会导致葡萄糖的新陈代谢异常，甚至导致阿尔茨海默症、中风或其它血管疾病。因此，对人体生物流体中的葡萄糖浓度水平进行及时监控和有效检测，对于葡萄糖相关疾病的早期筛查和精准诊断都具有十分重要的意义。
4.当前，有关葡萄糖分析检测的研究工作已有文献和专利报道，如siqi chen等制备了以卟啉单元为中心的铁基金属有机骨架化合物fe@pcn-222，用于葡萄糖比率荧光和比色双模式传感(siqi chen,tingting li,donglian deng,yibing ji,ruijun li.bifunctional fe@pcn-222nanozyme-based cascade reaction system:application in ratiometric fluorescence and colorimetric dual-mode sensing of glucose.spectrochimica acta part a:molecular and biomolecular spectroscopy.2022,279,121427)；潘海波等采用水热合成方法制备了钒酸锌微球，用于葡萄糖的比色法检测(潘海波,杨贵增,齐嘉媛,翁雪花,叶慧玲.中国发明专利.申请号cn202010403897.8)。迄今为止，尚未有关于基于铜掺杂硼量子点参与级联酶催化反应来构建葡萄糖比色分析探针的国内外文献和专利报道。


技术实现要素：

5.本发明之目的在于发展一种新型和有效的基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针及其制备方法，该制备的比色探针用于生物流体中葡萄糖的高选择性和可视化检测。
6.为实现上述目的，本发明涉及的一种基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针，其制备方法具体包括以下步骤：
7.(1)量取50～100毫升n-甲基吡咯烷酮nmp，称取20～50毫克硼粉末，在搅拌下将硼粉末加入nmp溶剂中，形成均质分散液；配制氯化铜水溶液，然后在搅拌下逐滴加入到分散液中，得到混合分散液，其中硼浓度调节为0.2～1.0毫克/毫升，铜浓度调节为0.02～0.1毫克/毫升；
8.(2)在500～800瓦探针超声功率下，对上述混合分散液进行处理，保持先超声5秒后暂停10秒的重复操作，执行多个超声-暂停循环过程，整个过程控制在30～90分钟；用5毫升蒸馏水稀释0.1～0.5毫升聚乙二醇-400，然后在搅拌下逐滴加入到探针处理后的分散液中，在900～1200瓦水浴超声功率下连续处理3～9小时；
9.(3)经水浴超生处理之后，将所得混合液放入含100毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，保持氮气氛，调节温度为120～200℃，在磁力搅拌下反应3～10小时；反应结束后，产物冷却至室温，在3500转/分钟转速下离心5～30分钟，取上层分散液在12000转/分钟转速下离心5～20分钟，所得沉淀物经乙醇和蒸馏水反复洗涤，然后在烘箱中真空干燥2小时，制得铜掺杂硼量子点cu-bqds；
10.(4)将制得的cu-bqds分散在50毫升乙醇和蒸馏水的混合溶剂中，配制其浓度为0.5～1.0毫克/毫升，在磁力搅拌下，依次加入适量的四甲基联苯胺tmb和葡萄糖氧化酶gox，形成均质的“cu-bqds+tmb+gox”混合分散液，其中的tmb和gox浓度分别调节为1～5毫摩尔/升和0.5～1.0毫克/毫升；
11.(5)将上述混合分散液作为探针体系，在搅拌下向其中加入一定量的葡萄糖，测量探针体系在葡萄糖添加前后的紫外-可见吸收光谱；基于探针体系中不同葡萄糖共存浓度所对应的紫外-可见吸收光谱，拟合可见光区吸收峰处吸光值与对应葡萄糖浓度之间的线性关系，从而构建了一种新型的葡萄糖比色分析探针；该比色探针的线性检测范围为1～200毫摩尔/升，检测限为0.1～0.5毫摩尔/升；有效用于生物流体中葡萄糖的高选择性和可视化检测。
12.本发明的效果是公开了一种基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针及其制备方法。首先采用超声辅助液相剥离方法和溶剂热反应，制得铜掺杂硼量子点cu-bqds；然后配制cu-bqds、四甲基联苯胺tmb和葡萄糖氧化酶gox三组分混合分散液探针体系，向其中加入一定量的葡萄糖；在该探针体系中，加入的葡萄糖被gox催化生成葡萄糖酸和过氧化氢h2o2，而h2o2被具有类过氧化物酶活性的cu-bqds催化生成羟基自由基
·
oh，而
·
oh与无色的tmb反应生成呈蓝色的氧化态oxtmb。上述说明葡萄糖的加入引起了级联酶催化反应，伴随了混合分散液探针体系从无色转变成蓝色。测量探针体系在葡萄糖添加前后的紫外-可见吸收光谱，拟合可见光区吸收峰处的吸光值与对应的葡萄糖浓度之间的线性关系，进而构建了一种新型的葡萄糖比色分析探针。
附图说明
13.图1是一种基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针的制备方法及其检测葡萄糖的过程示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细说明。
15.实施例1
16.本实施例涉及的一种基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针的制备方法及其检测葡萄糖的过程示意图如图1所示，具体制备步骤如下：
17.量取60毫升n-甲基吡咯烷酮nmp，称取25毫克硼粉末，在搅拌下将硼粉末加入nmp溶剂中，形成均质分散液。配制氯化铜水溶液，然后在搅拌下逐滴加入到分散液中，得到混合分散液，其中硼浓度调节为0.3毫克/毫升，铜浓度调节为0.05毫克/毫升。在600瓦探针超声功率下，对上述混合分散液进行处理，保持先超声5秒后暂停10秒的重复操作，执行多个超声-暂停循环过程，整个过程控制在45分钟。用5毫升蒸馏水稀释0.2毫升聚乙二醇-400，然后在搅拌下逐滴加入到探针处理后的分散液中，在950瓦水浴超声功率下连续处理4小时。经水浴超生处理之后，将所得混合液放入含100毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，保持氮气氛，调节温度为140℃，在磁力搅拌下反应5小时。反应结束后，产物冷却至室温，在3500转/分钟转速下离心10分钟，取上层分散液在12000转/分钟转速下离心5分钟，所得沉淀物经乙醇和蒸馏水反复洗涤，然后在烘箱中真空干燥2小时，制得铜掺杂硼量子点cu-bqds。
18.将制得的cu-bqds分散在50毫升乙醇和蒸馏水的混合溶剂中，配制其浓度为0.6毫克/毫升，在磁力搅拌下，依次加入适量的四甲基联苯胺tmb和葡萄糖氧化酶gox，形成均质的“cu-bqds+tmb+gox”混合分散液，其中的tmb和gox浓度分别调节为2毫摩尔/升和0.6毫克/毫升。将上述混合分散液作为探针体系，在搅拌下向其中加入一定量的葡萄糖，测量探针体系在葡萄糖添加前后的紫外-可见吸收光谱；基于探针体系中不同葡萄糖共存浓度所对应的紫外-可见吸收光谱，拟合可见光区吸收峰处吸光值与对应葡萄糖浓度之间的线性关系，从而构建了一种新型的葡萄糖比色分析探针。该比色探针的线性检测范围为1～50毫摩尔/升，检测限为0.2毫摩尔/升，有效用于生物流体中葡萄糖的高选择性和可视化检测。
19.实施例2
20.本实施例涉及的一种基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针的制备方法及其检测葡萄糖的过程示意图如图1所示，具体制备步骤如下：
21.量取75毫升n-甲基吡咯烷酮nmp，称取35毫克硼粉末，在搅拌下将硼粉末加入nmp溶剂中，形成均质分散液。配制氯化铜水溶液，然后在搅拌下逐滴加入到分散液中，得到混合分散液，其中硼浓度调节为0.6毫克/毫升，铜浓度调节为0.07毫克/毫升。在700瓦探针超声功率下，对上述混合分散液进行处理，保持先超声5秒后暂停10秒的重复操作，执行多个超声-暂停循环过程，整个过程控制在60分钟。用5毫升蒸馏水稀释0.3毫升聚乙二醇-400，然后在搅拌下逐滴加入到探针处理后的分散液中，在1000瓦水浴超声功率下连续处理6小时。经水浴超生处理之后，将所得混合液放入含100毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，保持氮气氛，调节温度为160℃，在磁力搅拌下反应7小时。反应结束后，产物冷却至室温，在3500转/分钟转速下离心15分钟，取上层分散液在12000转/分钟转速下离心10分钟，所得沉淀物经乙醇和蒸馏水反复洗涤，然后在烘箱中真空干燥2小时，制得铜掺杂硼量子点cu-bqds。
22.将制得的cu-bqds分散在50毫升乙醇和蒸馏水的混合溶剂中，配制其浓度为0.75毫克/毫升，在磁力搅拌下，依次加入适量的四甲基联苯胺tmb和葡萄糖氧化酶gox，形成均质的“cu-bqds+tmb+gox”混合分散液，其中的tmb和gox浓度分别调节为3毫摩尔/升和0.7毫
克/毫升。将上述混合分散液作为探针体系，在搅拌下向其中加入一定量的葡萄糖，测量探针体系在葡萄糖添加前后的紫外-可见吸收光谱；基于探针体系中不同葡萄糖共存浓度所对应的紫外-可见吸收光谱，拟合可见光区吸收峰处吸光值与对应葡萄糖浓度之间的线性关系，从而构建了一种新型的葡萄糖比色分析探针。该比色探针的线性检测范围为2～100毫摩尔/升，检测限为0.3毫摩尔/升，有效用于生物流体中葡萄糖的高选择性和可视化检测。
23.实施例3
24.本实施例涉及的一种基于铜掺杂硼量子点和级联酶催化反应的葡萄糖比色探针的制备方法及其检测葡萄糖的过程示意图如图1所示，具体制备步骤如下：
25.量取90毫升n-甲基吡咯烷酮nmp，称取45毫克硼粉末，在搅拌下将硼粉末加入nmp溶剂中，形成均质分散液。配制氯化铜水溶液，然后在搅拌下逐滴加入到分散液中，得到混合分散液，其中硼浓度调节为0.9毫克/毫升，铜浓度调节为0.09毫克/毫升。在780瓦探针超声功率下，对上述混合分散液进行处理，保持先超声5秒后暂停10秒的重复操作，执行多个超声-暂停循环过程，整个过程控制在75分钟。用5毫升蒸馏水稀释0.4毫升聚乙二醇-400，然后在搅拌下逐滴加入到探针处理后的分散液中，在1050瓦水浴超声功率下连续处理8小时。经水浴超生处理之后，将所得混合液放入含100毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，保持氮气氛，调节温度为180℃，在磁力搅拌下反应9小时。反应结束后，产物冷却至室温，在3500转/分钟转速下离心20分钟，取上层分散液在12000转/分钟转速下离心15分钟，所得沉淀物经乙醇和蒸馏水反复洗涤，然后在烘箱中真空干燥2小时，制得铜掺杂硼量子点cu-bqds。
26.将制得的cu-bqds分散在50毫升乙醇和蒸馏水的混合溶剂中，配制其浓度为0.9毫克/毫升，在磁力搅拌下，依次加入适量的四甲基联苯胺tmb和葡萄糖氧化酶gox，形成均质的“cu-bqds+tmb+gox”混合分散液，其中的tmb和gox浓度分别调节为4毫摩尔/升和0.8毫克/毫升。将上述混合分散液作为探针体系，在搅拌下向其中加入一定量的葡萄糖，测量探针体系在葡萄糖添加前后的紫外-可见吸收光谱；基于探针体系中不同葡萄糖共存浓度所对应的紫外-可见吸收光谱，拟合可见光区吸收峰处吸光值与对应葡萄糖浓度之间的线性关系，从而构建了一种新型的葡萄糖比色分析探针。该比色探针的线性检测范围为5～200毫摩尔/升，检测限为0.5毫摩尔/升，有效用于生物流体中葡萄糖的高选择性和可视化检测。
27.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。