一种用于SERS检测的负载有网状MOF黑磷纳米复合材料的咽拭子及其制备方法与流程

一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子及其制备方法
技术领域
1.本公开涉及材料工程及纳米技术技术领域，具体涉及一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子及其制备方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.近年来，表面增强拉曼散射(sers)已经成为一种无创并具有单分子检测水平的先进分析技术，传统的贵金属纳米结构表面在外来激发光下形成的显著放大局域电磁场效应，使得sers技术具有较高的检测灵敏度。然而，贵金属纳米颗粒的制备通常需要具有生物毒性的表面活性剂。同时，在外来激发光的作用下，电磁热点区域的局部温度升高会导致金属纳米结构发生变形，目标分子出现解吸附或是分解，限制了sers免疫检测技术在临床生物医学检测中广泛应用。因此，非金属sers免疫测定将为基于新型光谱技术的癌症早期免疫检测和治疗开辟新的途径，其中黑磷和网状mof复合材料在新冠病毒抗原检测中体现了较好的sers灵敏性，能用于直接检测新冠抗原。
4.但是目前并没有一个较好的将黑磷和网状mof复合材料应用到咽拭子制备上的方案，也没有将此基底有效结合咽拭子制备的一个较好的方案，目前的方案大多对吸附分子的拉曼信号比较低，不能有效富集和固定分子。


技术实现要素：

5.本公开为了解决上述问题，提出了一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子及其制备方法，黑磷和网状mof复合材料具有较好的生物相容性，且网状结构具有富集和固定分子的作用，将极大地增强吸附分子的拉曼信号。
6.根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
7.一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子，所述咽拭子由咽拭子采样棉签和网状mof包覆的片状黑磷两部分组成；所述网状mof包覆的片状黑磷涂覆在所述咽拭子采样棉签的头部。
8.进一步的，所述咽拭子采样棉签头部的泡沫孔密度为300ppi。
9.进一步的，所述网状mof孔径为200-300纳米，表面具有纳米级别的间隙结构。
10.进一步的，所述片状黑磷的直径为1000-5000纳米。
11.根据另一些实施例，本公开采用如下技术方案：
12.一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子制备方法，包括：
13.步骤(1)：取少量块状黑磷在手套箱中研磨成粉末，然后称量黑磷粉末、聚乙烯吡咯烷酮加入到无水乙醇溶液中，放置于超声机中冰浴超声剥离，得到棕色分散液；离心去除未超开的块状黑磷，上层分散液通过离心得到聚乙烯吡咯烷酮改性后的黑磷片，用甲醇进
行清洗后收集沉淀，并重新分散于甲醇溶液中，得黑磷片分散液，并放入冰箱封装保存。
14.步骤(2)：取少量步骤(1)中制得的黑磷片分散液滴加至咽拭子棉签，润湿棉签表面的泡沫孔，室温静置；待棉签干燥后分次滴加六水合硝酸钴甲醇溶液，室温静置；待干燥后再分次滴加2-甲基咪唑甲醇溶液，然后进行洗涤，放置培养皿，室温静置干燥，制得网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子棉签。
15.进一步的，所述取块状黑磷50mg-100mg；所述无水乙醇溶液30ml。
16.进一步的，甲醇溶液6ml；所述六水合硝酸钴甲醇溶液共150μl；所述2-甲基咪唑甲醇溶液共60μl。
17.进一步的，所述六水合硝酸钴甲醇溶液分四次滴加。
18.进一步的，所述2-甲基咪唑甲醇溶液分两次滴加。
19.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
20.本公开提供的一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子，第一，黑磷与网状mof具有较好的生物相容性，其中黑磷分解产物磷酸是人体内的一种参与代谢的电解质，mof的主要原料咪唑是人体组氨酸的重要成分，为功能化棉签直接采样提供了条件；第二，网状mof类似“病毒陷阱”结构，用于捕获及吸附尺寸为100nm左右的病毒抗原，且起到富集和固定分子的作用，将极大地增强吸附分子的拉曼信号。第三，黑磷作为一种新型的二维纳米材料，具有更高的拉曼增强效应，在液态环境中，充当稳定的“纳米岛”作用，用于固定纳米粒子且在间隙中形成大量的sers“热点”。第四，采用咽拭子采样棉签做承载基质，制作简单、成本较低，且其开放的网状泡沫结构有助于样品彻底释放到培养液中，表面也具有大量的凸起结构，可以进一步增强吸附分子的拉曼信号。
附图说明
21.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
22.图1是本公开实施例1中制备的网状mof的扫描电子显微镜照片；
23.图2是本公开实施例1中制备的黑磷片的扫描电子显微镜照片；
24.图3是本公开实施例1中制备的网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签头部的扫描电子显微镜照片；
25.图4是本公开实施例3中制备的网状mof、黑磷片、网状mof黑磷片纳米复合材料三者对亚甲基蓝的拉曼检测结果；
26.图5是本公开实施例3中制备的负载网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签对新冠病毒抗原拉曼检测结果；
27.图6是本公开实施例4中制备的网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签的扫描电子显微镜照片；
28.图7是本公开实施例4中制备的负载网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签对新冠病毒抗原拉曼检测结果；
29.图8是本公开实施例5中制备的网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签对新冠病毒抗原拉曼检测结果；
30.图9是本公开实施例5中制备的负载网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采
样棉签对新冠病毒抗原拉曼检测结果。
具体实施方式：
31.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
34.实施例1
35.本公开在本实施例中提供一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子，所述咽拭子由咽拭子采样棉签和网状mof包覆的片状黑磷两部分组成，网状mof包覆的片状黑磷涂覆在所述咽拭子采样棉签的头部。
36.其中，采用的是现有购买的咽拭子采样棉签，并且所述咽拭子采样棉签头部的泡沫孔密度为300ppi，网状mof孔径为200-300纳米，表明具有大量纳米级别的间隙结构，黑磷片的直径为1000-5000纳米。由图1所示，mof呈现网状结构，并且其表面具有凹陷。
37.由图2所示，黑磷片的尺寸在1000-2000纳米。
38.实施例2
39.本公开在本实施例中提供一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子制备方法，包括以下步骤：
40.步骤(1)：取少量块状黑鳞在手套箱中研磨成粉末，然后称量黑鳞粉末、聚乙烯吡咯烷酮加入到无水乙醇溶液中，放置于超声机中冰浴超声剥离，得到棕色分散液；离心去除未超开的块状黑鳞，上层分散液通过离心得到聚乙烯吡咯烷酮改性后的黑磷片，用甲醇进行清洗后收集沉淀，并重新分散于甲醇溶液中，得黑鳞片分散液，并放入冰箱封装保存。
41.步骤(2)：取少量步骤(1)中制得的黑鳞片分散液滴加至咽拭子棉签，润湿棉签表面的泡沫孔，室温静置；待棉签干燥后分次滴加六水合硝酸钴甲醇溶液，室温静置；待干燥后再分次滴加2-甲基咪唑甲醇溶液，目的是为了让钴离子先和黑磷结合，再原位形成有机框架结构；然后进行洗涤，放置培养皿，室温静置干燥，制得网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子棉签。
42.具体实施中，步骤(1)中，取少量块状黑磷50-100毫克，于手套箱中研磨成黑磷粉末，取黑磷粉末30毫克、聚乙烯吡咯烷酮90-150毫克共同加入一定量的无水乙醇溶液中，所述无水乙醇溶液30毫升，然后将所得溶液放置于超声机中冰浴超声剥离4h，得到棕色分散液；超声完成后通过2000pm离心15min去除未超开的块状黑磷，上层分散液通过10000pm离心10min得到聚乙烯吡咯烷酮改性后的黑磷片，用甲醇清洗三次后沉淀，洗去多余的聚乙烯吡咯烷酮，并重新分散于6ml的甲醇溶液中防止样品团聚，然后封装好放入4℃的冰箱温度下保存。
43.步骤(2)中，取少量步骤(1)中制得的黑磷片分散液100-200微升滴加至咽拭子棉
签至润湿棉签表面的泡沫孔，室温静置。待棉签干燥后分次滴加6mg/ml的六水合硝酸钴甲醇溶液，分次滴加是为了使钴离子先和黑磷结合，再原位形成有机框架结构；室温静置，干燥后再分次滴加6mg/ml的2-甲基咪唑甲醇溶液，干燥后棉签再放置于6mg/ml六水合硝酸钴甲醇溶液轻轻地洗涤，主要是清洗掉未反应的2甲基咪唑；将棉签表面未完全反应的2-甲基咪唑冲洗干净，棉签润湿后立即取出放置培养皿，室温静置干燥，即得网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子棉签。
44.所述六水合硝酸钴甲醇溶液共150μl；所述2-甲基咪唑甲醇溶液共60μl。
45.实施例3
46.本公开在本实施例中提供一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子制备方法，包括以下步骤：
47.步骤(1)：取少量块状黑磷(50-100毫克)于手套箱中研磨成黑磷粉末，将黑磷粉末(30毫克)、聚乙烯吡咯烷酮(90毫克)加入一定量的无水乙醇溶液中(30毫升)于冰浴条件200w强力超声4小时，得棕色分散液。2000pm离心15分钟除去未完全超开的块状黑磷，再于10000pm下离心10分钟得下沉沉淀，三次甲醇洗涤离心后收集沉淀，并重新分散于甲醇溶液(6毫升)中，即得黑磷片分散液；
48.步骤(2)中，取少量步骤(1)制得的黑磷片分散液(100微升)滴加至咽拭子棉签至刚好润湿棉签表面的泡沫孔，室温静置。待棉签干燥后分四次滴加六水合硝酸钴甲醇溶液(共100微升，6毫克每毫升)，室温静置，干燥后再两次滴加2-甲基咪唑甲醇溶液(共40微升，6毫克每毫升)。将上述干燥后的棉签放置于六水合硝酸钴甲醇溶液(6毫克每毫升)轻轻地洗涤，将棉签表面未完全反应的2-甲基咪唑冲洗干净，棉签润湿后立即取出放置培养皿，室温静置干燥，即得网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子棉签。
49.图3为本发明实施例3中制备的网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签的扫描电子显微镜照片；从图3可以看出，网状mof均匀地长在黑磷片上。
50.图4显示出本发明实施例3中制备的网状mof、黑磷片、网状mof黑磷纳米复合材料三者对亚甲基蓝的拉曼检测结果。从图4可以看出，相比于后两者，网状mof黑磷纳米复合材料对亚甲基蓝的sers增强效果是前两者的三倍，证明了本专利制备的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签的优良sers特性。
51.图5显示为本发明实施例3中制备的负载网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签对新冠病毒抗原拉曼检测结果。从图5可以看出，该功能化砂纸具有良好的sers信号增强效应，其在1066cm-1处的拉曼信号强度达到1234。
52.实施例4
53.本公开在本实施例中提供一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子制备方法，包括以下步骤：
54.步骤(1)：取少量块状黑磷(50-100毫克)于手套箱中研磨成黑磷粉末，将黑磷粉末(30毫克)、聚乙烯吡咯烷酮(120毫克)加入一定量的无水乙醇溶液中(30毫升)于冰浴条件200w强力超声4小时，得棕色分散液。2000pm离心15分钟除去未完全超开的块状黑磷，再于10000pm下离心10分钟得下沉沉淀，三次甲醇洗涤离心后收集沉淀，并重新分散于甲醇溶液(6毫升)中，即得黑磷片分散液；
55.步骤(2)：取少量步骤1)制得的黑磷片分散液(150微升)滴加至咽拭子棉签至刚好
润湿棉签表面的泡沫孔，室温静置。待棉签干燥后分四次滴加六水合硝酸钴甲醇溶液(共150微升，6毫克每毫升)，室温静置，干燥后再两次滴加2-甲基咪唑甲醇溶液(共60微升，6毫克每毫升)。将上述干燥后的棉签放置于六水合硝酸钴甲醇溶液(6毫克每毫升)轻轻地洗涤，将棉签表面未完全反应的2-甲基咪唑冲洗干净，棉签润湿后立即取出放置培养皿，室温静置干燥，即得网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子棉签。
56.图6为本发明实施例4中制备的网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签的扫描电子显微镜照片；从图6可以看出，网状mof均匀地长在黑磷片上。
57.图7显示为本发明实施例4中制备的负载网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签对新冠病毒抗原拉曼检测结果。从图7可以看出，该功能化砂纸具有良好的sers信号增强效应，其在1066cm-1处的拉曼信号强度达到1266。
58.实施例5
59.本公开在本实施例中提供一种用于sers检测的负载有网状mof黑磷纳米复合材料的咽拭子制备方法，包括以下步骤：
60.步骤(1)：取少量块状黑磷(50-100毫克)于手套箱中研磨成黑磷粉末，将黑磷粉末(30毫克)、聚乙烯吡咯烷酮(150毫克)加入一定量的无水乙醇溶液中(30毫升)于冰浴条件200w强力超声4小时，得棕色分散液。2000pm离心15分钟除去未完全超开的块状黑磷，再于10000pm下离心10分钟得下沉沉淀，三次甲醇洗涤离心后收集沉淀，并重新分散于甲醇溶液(6毫升)中，即得黑磷片分散液；
61.步骤(2)：取少量步骤(1)制得的黑磷片分散液(200微升)滴加至咽拭子棉签至刚好润湿棉签表面的泡沫孔，室温静置。待棉签干燥后分四次滴加六水合硝酸钴甲醇溶液(共200微升，6毫克每毫升)，室温静置，干燥后再两次叠加2-甲基咪唑甲醇溶液(共80微升，6毫克每毫升)。将上述干燥后的棉签放置于六水合硝酸钴甲醇溶液(6毫克每毫升)轻轻地洗涤，将棉签表面未完全反应的2-甲基咪唑冲洗干净，棉签润湿后立即取出放置培养皿，室温静置干燥，即得网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子棉签。
62.本实施例中制备的负载有有网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签，该材料由咽拭子棉签和网状mof包覆的片状黑磷两部分组成，所述网状mof包覆的片状黑磷涂覆在所述咽拭子采样棉签的头部。买来的咽拭子棉签采样头部的泡沫孔密度为300ppi，网状mof孔径为300-500纳米，表面具有大量纳米级别的间隙结构，黑磷片的直径为1000-2000纳米。
63.图8为本发明实施例5中制备的网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签的扫描电子显微镜照片；从图6可以看出，网状mof均匀地长在黑磷片上。
64.图9显示为本发明实施例5中制备的负载网状mof黑磷纳米复合材料的功能化咽拭子采样棉签对新冠病毒抗原拉曼检测结果。从图7可以看出，该功能化砂纸具有良好的sers信号增强效应，其在1066cm-1处的拉曼信号强度达到1355。
65.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
66.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。