一种USPIO-MOF组装体及其制备方法和应用与流程

一种uspio
‑
mof组装体及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及纳米材料科学领域，更具体地，涉及一种uspio
‑
mof组装体及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，基于磁性纳米粒子状态变化的磁弛豫开关传感器在现代分析中受到越来越多的关注。磁弛豫开关传感器已被广泛应用于检测不同目标物，例如重金属、细菌、农药、病毒和抗生素等。磁弛豫开关传感器与当前现有的检测模式相比，对食品样品的检测具有更多的抗干扰性能，是因为磁弛豫开关传感器是均匀且不依赖光的，并且大多数食品样品的磁化率都可以忽略不计。
3.但传统的磁弛豫开关传感器由于灵敏度较低，因此无法胜任痕量目标物的分析。为了应对这些挑战，近年来已经做出了许多努力。研究人员通过将磁分离整合到磁弛豫开关传感器中以提高灵敏度或通过使用包括链霉亲和素
‑
生物素识别，生物正交反应或纳米粒子的信号放大步骤来改善磁性纳米粒子与磁弛豫开关传感器表面的结合量来提高常规磁弛豫开关传感器的灵敏度。尽管已经实现了更高的灵敏度和更好的重现性，但是它仍然无法检测对灵敏度要求非常高的小分子。因此，开发有效的技术以提高磁弛豫开关传感器灵敏度和稳定性非常重要。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的上述技术问题，为了提高磁弛豫开关传感器的灵敏度和稳定性，本发明的目的之一在于提供一种uspio
‑
mof组装体，该组装体通过将uspio组装在mof表面，减少了水分子进入组装体内部，增加组装体的表观扩散系数，并进一步提高其横向弛豫率，以提高磁弛豫开关传感器的灵敏度。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种uspio
‑
mof组装体，包括第一抗原或第一抗体结合的uspio材料和与所述第一抗原或第一抗体相应的第二抗体或第二抗原结合的mof材料，所述uspio材料和所述mof材料通过抗原抗体特异性结合形成组装体。
7.在一些实施方式中，所述uspio材料的制备方法包括以下步骤：
8.将乙酰丙酮铁、1,2
‑
十六烷二醇、油酸、油胺和苯醚混合并在氮气流下磁力搅拌；然后升温，在氮气层下加热至回流，保持30min；接着除去热源使所得混合物冷却至室温，再向所述混合物中加入乙醇，析出沉淀后离心分离，得到所述uspio材料。
9.在一些实施方式中，所述uspio材料的制备方法包括以下步骤：
10.将三乙酰丙酮铁、1,2
‑
十六烷二醇、油酸、油胺和苯醚混合并在氮气流下磁力搅拌，然后升温至200℃保持30min，接着在氮气层下加热至回流，保持30min，除去热源使所得混合物冷却至室温；再向所述混合物中加入乙醇，得到沉淀，最后离心分离，得到所述uspio材料。
11.在一些实施方式中，所述mof为mil
‑
101。
12.本发明的目的之二在于提供上述任一实施方式所述的uspio
‑
mof组装体的制备方法，该方法包括以下步骤：
13.s1、将uspio材料与第一抗原或第一抗体结合；
14.s2、将mof材料与所述第一抗原或第一抗体相应的第二抗体或第二抗原结合；
15.s3、将与第一抗原或第一抗体结合的uspio材料和与所述第一抗原或第一抗体相应的第二抗体或第二抗原结合的mof材料通过抗原抗体特异性结合形成组装体。
16.在一些实施方式中，步骤s1具体为：将pb溶液(磷酸缓冲液)、第一抗原或第一抗体溶液、edc溶液(1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐溶液)、nhs溶液(n
‑
羟基琥珀酰亚胺溶液)和uspio溶液混合，孵育，经洗涤后重悬，得到与第一抗原或第一抗体结合的uspio材料。
17.更具体地，步骤s1还包括制备uspio溶液的步骤，具体为：将fe(acac)3、1,2
‑
十六烷二醇、油酸、油胺和苯醚混合并在氮气流下磁力搅拌，然后加热至200℃保持30min，接着在氮气层下加热至回流，保持30min，停止加热使所得混合物冷却至室温，向所得混合物中加入乙醇，析出沉淀，离心分离，得到黑色产物，该黑色产物为uspio材料；将所述黑色产物在油酸和油胺存在下溶于乙烷，离心，去除未分散的残留物，再将乙醇加入去除残留物后的溶液中，得到沉淀，再离心分离去除溶剂，再将得到的沉淀分散在乙烷中得到含有uspio的溶液，用甲苯稀释该含有uspio的溶液；将dmsa(二巯基二丁酸)溶于甲醇中得到混合液，将该混合液加入用甲苯稀释后的含有uspio的溶液中，室温下孵育24h，得到uspio溶液。
18.在一些实施方式中，步骤s2具体为：将pb溶液、第二抗原或第二抗体溶液、edc溶液、nhs溶液和mof溶液混合，得到与第二抗体或第二抗原结合的mof材料。
19.更具体地，步骤s2还包括制备mof溶液的步骤，具体为：将六水合氯化铁溶于超纯水中制成a液，将2
‑
氨基对苯二甲酸溶于n,n
’‑
二甲基甲酰胺水溶液(体积比dmf：dh2o＝1:1)中制成b液；在反应容器中加入n,n
’‑
二甲基甲酰胺和超纯水混合均匀作为起始溶液，水浴加热，将一部分a液和一部分b液分别以一定速度加入所述起始溶液中，反应1h后，从反应溶液中取出第一溶液作为第一生长产物；再以第一生长产物作为起始溶液，再将一部分a液和一部分b液分别以一定速度加入到该起始溶液中，反应1h得到第二生长产物，依次生长直至得到第六次生长产物，即得mof溶液，洗涤备用。
20.在一些实施方式中，步骤s3具体为：将含有与第一抗原或第一抗体结合的uspio材料的溶液a和含有与第二抗体或第二抗原结合的mof材料的溶液b混合，孵育，形成uspio
‑
mof组装体。
21.本发明的目的之三在于提供上述任一实施方式所述的uspio
‑
mof组装体或上述任一实施方式所述的制备方法制成的uspio
‑
mof组装体作为磁弛豫开关传感器的应用。
22.进一步地，所述应用是所述uspio
‑
mof组装体在检测双酚a的应用。
23.相较于现有技术，本技术的有益效果如下：
24.(1)本发明将第一抗原或第一抗体与uspio材料结合、将与第一抗原或第一抗体相应的第二抗体或第二抗原与mof材料结合，利用抗原抗体特异性结合将uspio组装在mof表面，减少了水分子进入形成的组装体内部，增加组装体的表观扩散系数，并提高该组装体的横向弛豫率。
25.(2)本发明的关键在于合成mof材料和uspio纳米粒子，利用mof的高持水性能及uspio纳米粒子优良的磁学性能等优良特性构建磁弛豫开关传感体系，建立目标物浓度与横向弛豫时间信号值的线性关系，该发明属于检测技术领域，适用于食品安全领域，适用于瓶装矿泉水、罐头等中有害物质含量的检测。
26.(3)本发明的mof材料表面修饰了特异性抗体，可特异性识别目标物，且检测体系中的目标物浓度可介导功能化材料的组装效率，不存在目标物的情况下，组装效率最高，存在目标物的情况下，组装效率较低；其具体原理如图2所示。
27.(4)本发明不同于其他磁弛豫传感体系，本发明选择以mof材料和uspio纳米粒子作为功能性材料，构建通过核磁共振分析成像仪检测目标物的方法，从而实现对目标物的简便快速、高灵敏、高通量检测。
附图说明
28.图1为双酚a浓度与t2之间的标准曲线；
29.图2为磁弛豫开关传感器检测目标物的原理图；
30.图3中，a图为mof的电镜图，b图为制得的mof的水合粒径图，c图为mof的氮气吸附解吸曲线，d图为uspio的电镜图，e图为制得的uspio的水合粒径图，f图为uspio 300k下m
‑
h曲线；
31.图4中，a图为与抗体结合的mof电镜图，b图为与抗原结合的uspio电镜图，c图为mof与uspio组装体电镜图，d图为水合粒径图，e图为表观扩散系数，f图为横向弛豫率；
32.图5中，a图为uspio浓度对弛豫传感体系的影响，b图为抗原/抗体浓度对弛豫传感体系的影响，c图为孵育时间对弛豫传感体系的影响，d图为回波时间对弛豫传感体系的影响；
33.图6为bpa、badge、4
‑
cp、4
‑
op对磁弛豫开关传感器的影响。
具体实施方式
34.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
36.实施例1
37.一种uspio
‑
mof组装体，包括与第一抗原或第一抗体结合的uspio材料、与第二抗体或第二抗原结合的mof材料，第一抗原与第二抗体或第一抗体与第二抗体通过特异性结合，使uspio材料组装在mof材料表面，形成uspio
‑
mof组装体。
38.该uspio
‑
mof组装体的制备方法包括以下步骤：
39.s1、将uspio材料与第一抗原或第一抗体结合；
40.s2、将mof材料与第二抗体或第二抗原结合；
41.s3、将与第一抗原或第一抗体结合的uspio材料和与第二抗体或第二抗原结合的
mof材料通过抗原抗体特异性结合形成组装体。
42.更具体地，本实施例的uspio
‑
mof组装体的制备方法包括以下步骤：
43.(1)mof的制备
44.准确称取0.4055g六水合氯化铁溶于100ml超纯水中形成a液，准确称取0.2720g 2
‑
氨基对苯二甲酸溶于100ml n,n
’‑
二甲基甲酰胺水溶液(体积比dmf:dh2o＝1:1)中形成b液；在50ml锥形瓶中加入2.5ml n,n
’‑
二甲基甲酰胺以及7.5ml超纯水混匀作为起始溶液，在50℃下水浴加热；将10ml的a液与10ml的b液分别以30ml/h和10ml/h的流速通过注射泵恒速加入到10ml的起始溶液中，反应1小时后，得到第一次生长产物；从反应体系中取出20ml第一次生长产物，以10ml第一次生长产物作为新的起始溶液，再分别以30ml/h和10ml/h的流速通过注射泵恒速注入10ml的a液与10ml的b液，反应1小时得到第二次生长产物；依次生长至第六次得到第六次生长产物，得到mil
‑
101溶液，洗涤后储存备用。将制得的mil
‑
101进行结构表征和相关检测，检测结果如图3的a图、b图和c图所示。
45.(2)uspio的制备
46.将2mmol的fe(acac)3、10mmol的1,2
‑
十六烷二醇、6mmol的油酸、6mmol的油胺和20ml苯醚混合并在氮气流下磁力搅拌得到混合物，将该混合物加热至200℃保持30min，然后在氮气层下加热至回流(265℃)保持30min，得到黑棕色混合物；除去热源使黑棕色混合物冷却至室温；然后向黑棕色混合物中加入40ml乙醇，沉淀出黑色产物，离心分离，得到产物uspio；将得到的黑色产物溶于己烷中，在6000rpm的速率下离心10min，去除未分散的残留物，留上清液，得到uspio乙烷溶液，储存备用；
47.将制得的uspio进行结构表征和相关检测，检测结果如图3的d图、e图和f图所示。
48.取uspio乙烷溶液用乙醇沉淀，在6000rpm的转速下离心10min，除去溶剂，然后重新分散在己烷中，得到溶液a；取2ml的溶液a，加入2ml乙醇溶液沉淀出uspio，离心去除上清，再在得到的沉淀中加入5ml甲苯溶液，得到溶液b；将12.5mg的dmsa溶于1ml甲醇中得到混合液，将该混合液添加溶液b中，在室温下孵育溶液24h后，离心去上清，储存备用。
49.(3)uspio
‑
mof组装体的制备
50.我们采用共价偶联作为偶联方法，在mof和uspio表面上偶联抗体/抗原，具体为：依次添加0.72ml浓度为10mm的pb溶液(ph 7.4)、2ml浓度为1μg/ml的抗体溶液、0.2ml浓度为10mg/ml的edc溶液、0.08ml浓度为10mg/ml的nhs溶液和10ml浓度为0.5mg/ml的mil
‑
101溶液加入10ml离心管中，震荡均匀，在4℃下孵育12h，经超纯水洗涤后重悬，得到功能化mof(即与抗体结合的mof)，于4℃下储存备用；
51.依次添加0.72ml浓度为10mm的pb(ph 7.4)、2ml浓度为1μg/ml的抗原溶液、0.2ml浓度为10mg/ml的edc溶液、0.08ml浓度为10mg/ml的nhs溶液和2ml浓度为0.2mg/ml的uspio溶液加入10ml离心管中，震荡均匀，4℃下孵育12h，经超纯水洗涤后重悬，得到功能化的uspio(即与抗原结合的uspio)，于4℃下储存备用；
52.将0.15ml功能化uspio溶液和0.15ml功能化mof溶液加入到2ml离心管中，室温条件下放置摇床上孵育1h，得到uspio
‑
mof组装体。将的到的uspio
‑
mof组装体进行结构表征及相关性能检测，检测结果如图4所示。
53.(4)基于uspio
‑
mof组装体的弛豫传感体系条件的优化
54.分别考察uspio的浓度、抗原/抗体浓度、孵育时间和回波时间对弛豫传感体系的
影响，选择合适的弛豫传感体系，
55.具体方法为：
56.①
考察uspio的浓度对弛豫传感体系的影响：在mof浓度0.05mg/ml、抗原/抗体浓度1μg/ml、孵育时间60min、回波时间2ms的条件下，分别测定了加入不同浓度(0.06、0.08、0.10、0.12、0.14mg/ml)uspio组成的弛豫传感体系的响应强度；
57.②
考察不同抗原/抗体浓度对弛豫传感体系的影响：在mof浓度0.05mg/ml、孵育时间60min、回波时间2ms的条件下，分别加入不同浓度(0.2、0.4、0.6、0.8和1.0μg/ml)抗原/抗体组成的弛豫传感体系的响应强度；
58.③
考察不同孵育时间对弛豫传感体系的影响：在mof浓度0.05mg/ml、抗体/抗原浓度0.4μg/ml和回波时间2.0ms的条件下，分别孵育不同时间(10、30、50、70、90和110min)，弛豫传感体系的相应强度；
59.④
考察不同回波时间对弛豫传感体系的影响：在mof浓度0.05mg/ml、抗体/抗原浓度0.4μg/ml和孵育时间60min的条件下，选择不同回波时间(0.5、1、1.5、2和2.5ms)。
60.优化结果如图5所示，当弛豫传感体系中uspio浓度为0.08mg/ml、抗原/抗体浓度为0.4μg/ml、孵育时间为90分钟、nmr分析仪(核磁共振)回波时间为1ms时，弛豫传感体系为最优。
61.需要说明的是，因组装体中，对分析仪具有响应的部位为uspio，弛豫传感体系中uspio浓度变化对体系影响较大，而mof主要作用在于改变uspio周围水分子的扩散，不产生弛豫信号，只需合适的mof与uspio浓度比即可，因此，可不以mof浓度作为优化的考虑因素。
62.实施例2
63.将实施例1制成的uspio
‑
mof组装体作为磁弛豫开关传感器检测双酚a。
64.双酚a(bisphenol a，简称bpa)是重要的原材料，它广泛用作生产婴儿奶瓶，牙科填充剂和食品罐的内衬。食品中bpa的残留主要来源于食品原材料和食品包装材料。大量研究人员表明，bpa被认为是一种破坏内分泌的化学物质，研究发现bpa可能会导致生殖系统疾病，包括导致婴儿和儿童的神经和行为改变，糖尿病，机能亢进，肥胖和各种癌症，例如乳腺癌，前列腺癌和睾丸癌。我国《生活饮用水卫生标准》gb5749
‑
2006规定bpa的限值为0.01mg/l，根据《食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准》gb 9685
‑
2008规定在涂料、塑料以及黏合剂中bpa的特定迁移量或最大残留量不得超过0.6mg/kg。我们基于uspio和mof构建磁弛豫开关传感器用于检测bpa。
65.(1)bpa标准曲线的建立
66.取抗体功能化mof和抗原功能化uspio各150μl，分别加入300μl不同浓度的双酚a标准液(5pg/ml、10pg/ml、20pg/ml、50pg/ml、100pg/ml、200pg/ml、500pg/ml、1000pg/ml)，混合震荡均匀，在室温下孵育60min，平衡2min后使用核磁共振成像分析仪nmi 20
‑
ca在室温下进行t2弛豫时间检测，得到如图1所示的标准曲线。
67.(2)特异性分析
68.按照与bpa相同的步骤，将4
‑
肉桂苯醛(4
‑
cp)，4
‑
辛基苯酚(4
‑
op)和双酚a缩水甘油醚(bdage)作为类似物，以研究nmrs对检测bpa的特异性。这些类似物的浓度为500pg/ml，bpa的浓度为100pg/ml，检测结果如图6所示，说明实施例1制成的uspio
‑
mof组装体对bpa具有特异性识别功能。
69.(3)实际样品检测
70.将5mg的bpa溶于5ml甲醇中，制成1mg/ml的bpa储备液；之后，用超纯水进一步稀释上述bpa储备液的浓度，分别制成50pg/ml、100pg/ml和200pg/ml的工作溶液进行测试。为了测试橘子罐头和怡宝水中的bpa水平，从当地的零售商店购买了两个品牌的食品：橘子罐头(即罐头食品，来自林家铺子，http：//www.leasunfood.com/)和怡宝水(即矿泉水，来自华润怡宝，https：//www.crbeverage.com/)。从橘子罐头和怡宝水样品中收集食物样品的液体部分,每次取300μl橘子罐头和怡宝水，并使用0.5t核磁共振(nmr)仪器进行t2测量，每次测量至少进行三个测试；接着，将食物样品掺入已知水平的bpa溶液并进行回收率测试。将50pg/ml、100pg/ml和200pg/ml的bpa溶液加到橘子罐头和怡宝水中，将测得的平均t2值代入传感器的剂量响应方程。为了计算加标的回收率(r)，使用以下公式：
71.％r＝((a
‑
b)/s)
×
100；其中a是加标后的传感器响应，b是加标前的传感器响应，s是加标后的传感器响应峰值。
72.检测结果如表1所示：
73.表1实际样品中检测bpa的结果
[0074][0075]
需要说明的是，除了上述实施例中mof材料与抗体结合、uspio材料与抗原结合的方式，还可以通过mof材料与抗原结合、uspio材料与抗原相应的抗体结合得到uspio
‑
mof组装体，所得的组装体均具备相应的功能。
[0076]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0077]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。