一种聚集诱导电化学发光复合材料及其在叶酸检测中的应用

本发明属于生化分析、纳米材料，具体涉及一种聚集诱导电化学发光复合材料及其在叶酸检测中的应用，特别涉及一种基于paa水凝胶对cu ncs进行聚集诱导的电化学发光传感器的构建方法以及对叶酸检测的应用。

背景技术：

1、叶酸（fa）在人体生理中作用关键，对孕妇可预防胎儿神经管缺陷、保障胎儿发育、降低孕妇贫血风险，对中老年人能降低脑卒中几率、预防老年痴呆、提高记忆力、降低慢性疾病风险。但人体无法合成叶酸，需从食物或补充剂获取，缺乏或过量都会引发健康问题，因此开发灵敏可靠的叶酸检测技术至关重要。当前叶酸检测方法多样，传统的电化学分析、荧光分析、化学发光测定和液相色谱分析等虽各有特点，但普遍存在不足。这些方法大多耗时费力，操作流程复杂且检测时间长，背景信号高影响准确性和灵敏度，动态范围窄难以满足不同浓度检测需求，限制了实际应用。与这些方法相比，近年来新兴的电化学发光（ecl）在生物分析中得到了广泛的应用，ecl具有优良的可控性、简单的设备、光学设置简单并且接近零背景和较高灵敏度等优点而得到广泛应用。

2、电化学发光（ecl）技术新兴且具潜力，背景低、灵敏度高、操作简便等优势在生物分析领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统有机发光体存在分子密度高导致聚集猝灭（acq效应）的问题，限制了ecl发展。虽有聚集诱导电化学发光（aiecl）的概念，但现有aiecl材料面临成膜差、合成繁琐、条件苛刻、含稀有贵金属成本高的困境，阻碍其广泛应用和突破。因此，寻找具有高aiecl性能、合成方法简单、毒性低、成膜性好和减少acq现象的新型aiecl发射体，是一个值得研究的课题。近年来，金属纳米团簇(例如au ncs、ag ncs和cuncs)的aiecl的研究也有报道。其中铜纳米团簇（cu ncs）制备成本低、光学性质好、生物相容性佳，在多领域有应用前景。非常适合作为aie材料，但cu ncs稳定性差易团聚或氧化，ecl发射弱，在高灵敏度检测应用受限。

3、众所周知，聚丙烯酸（paa）是一种已知的水凝胶，它具有高水溶性、耐候性、无毒性、可生物降解性和生物相容性等优良性能。paa水凝胶的三维结构能够导致“笼效应”，这为金属纳米团簇提供了的稳定的环境。ag+是形成paa网络的合适交联剂，paa为功能化水凝胶还具有良好的导电性和生物相容性，可以通过模板限制以增强荧光，从而产生强aie。

4、在本发明中将cu ncs引入具有约束体积的paa水凝胶中，制备了一种具有优异aiecl性能的新型功能性cu ncs@paa水凝胶复合材料。并基于cu ncs@paa水凝胶系统建立了一种用于人血清中和实际药品中叶酸（fa）检测的新型生物传感器。所设计的ecl传感器灵敏度高，稳定性好。此外，该工作将为aiecl在cu ncs间的进一步应用提供坚实的基础。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明旨在提供一种基于paa水凝胶对cu ncs进行聚集诱导的电化学发光传感器的构建方法，以实现对叶酸的超灵敏、高选择性检测，同时克服现有检测技术和材料的诸多不足，为生物医学研究和临床诊断提供一种可靠、便捷的检测手段。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种聚集诱导电化学发光复合材料，该复合材料为铜纳米团簇（cu ncs）限阈于聚丙烯酸（paa）水凝胶三维结构内，所述paa水凝胶为丙烯酸在引发剂和ag+交联剂作用下形成的水凝胶，该复合材料表示为cu ncs@paa水凝胶复合材料。

4、进一步地，所述cu ncs与丙烯酸的比例为0.1~0.5mol：30l；优选比例为0.2~0.4mol：30l；更优选0.3mol：30l。所述引发剂为过硫酸铵。

5、第二方面，本发明提供了上述cu ncs@paa水凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

6、步骤a、paa水凝胶模板的制备：精确量取硝酸银溶液、新鲜配制的过硫酸铵溶液以及丙烯酸，将它们充分分散于超纯水中；在室温条件下，经过3～7分钟的快速反应，即可实现超快速成胶，得到具有弹性和粘性的paa水凝胶；其中，硝酸银溶液、过硫酸铵溶液、丙烯酸和超纯水的体积比为7:10:12:23。

7、步骤b、以上述合成的paa水凝胶为模板，在其基础上生成铜纳米团簇；向paa水凝胶中加入硫酸铜溶液，待充分混合后；使用氢氧化钠溶液将体系的ph值调节至碱性；在这个过程中，可以观察到溶液的颜色由无色开始逐渐变为浅蓝色；待溶液充分混合均匀后，小心加入水合肼溶液；随着水合肼的加入，溶液的颜色会进一步由浅蓝色变为深棕色，这一颜色变化表明cu ncs@paa成功制备。

8、在一些实例中，步骤a中，硝酸银溶液的浓度为5～15mmol l‒1，优选为10mmol l‒1，过硫酸铵溶液的浓度为30～70mmol l‒1，优选为50mmol l‒1，paa水凝胶的成胶时间为3～7分钟。

9、在一些实例中，步骤b中，硫酸铜溶液的浓度为5～15mmol l‒1，优选为8mmol l‒1，硫酸铜溶液的体积与丙烯酸的体积比为5~25:12。

10、在一些实例中，步骤b中，ph的调节优选为12。

11、第三方面，本发明提供了一种聚集诱导电化学发光生物传感器，包括将cu ncs@paa水凝胶复合材料修饰在导电基底表面得到的修饰电极。

12、在一些实例中，将制备好的cu ncs@paa水凝胶修饰到玻碳电极表面，待干燥后，得到cu ncs@paa/gce。

13、第四方面，本发明还提供了上述生物传感器在叶酸检测中的应用。

14、具体地，以cu ncs@paa水凝胶复合材料修饰的电极（cu ncs@paa/gce）为工作电极，铂丝电极为对电极，银/氯化银电极为参比电极，基于三电极检测体系，在含有80～120mm的k2s2o8且ph为7.4磷酸缓冲盐溶液中测试其ecl性能；实验施加的扫描电位范围为-2～0v，光电倍增管高压为800v，扫描速率为100mv/s。叶酸对cu ncs@paa的ecl信号探针的有着明显猝灭作用。这是因为叶酸能够被so4•−（k2s2o8的中间体）优先氧化fa生成2-氨基-1,4-二氢-4-氧嘧啶-6-羧酸（adoca），从而导致so4•−自由基被消耗，与cu ncs@paa反应的so4•−就减少了，相应的cu ncs@paa的电化学发光信号就会降低，从而导致fa的信号关闭检测。通过在连续的电势扫描下，测定不同浓度的fa获得稳定的ecl-时间曲线，根据ecl测试结果绘制线性关系曲线；检测样本中叶酸的ecl强度，根据得到的线性关系曲线计算样本中叶酸的浓度。

15、本发明所构建的生物传感器不仅可以用于人血清的实际分析还能用于实际药物检测中。

16、在一些实例中，构建的生物传感器的适用检测范围为100pm～50μm，具有高效的分析检测能力；根据对多种干扰物质的信号测试结果，表明构建的生物传感器具有高的特异性；根据多次循环测试结果，可得构建的生物传感器具有良好的稳定性；根据不同批次生物传感器的信号响应，可得构建的生物传感器具有良好的再现性。

17、与现有技术相比，本发明具有至少如下之一的有益效果：

18、本发明成功合成了cu ncs@paa水凝胶复合材料，由于在paa水凝胶对cu ncs具有限制作用，该复合材料呈现出明显聚集和明显的晶格结构。本发明所提供的cu ncs@paa的ecl发射源于表面状态，而不是带隙驱动的发射，paa水凝胶的引入能够使cu ncs的ecl强度明显增强，该复合材料具有优异的聚集诱导电化学发光性能。

19、本发明制备方法简单易行，所制得的复合材料用于检测叶酸时，具有较高的灵敏度和较低的检测限，良好的稳定性和重现性，优异的选择性以及实际应用前景比较广泛。