一种长余辉复合纳米酶的制备方法及其葡萄糖的双通道智能检测方面的应用

本发明涉及发光材料、生物催化及分析化学领域，具体而言，涉及一种长余辉基纳米酶复合材料比色-磷光双通道的葡萄糖智能检测方法。

背景技术：

1、葡萄糖是细胞新陈代谢的主要能量来源，血液中的葡萄糖水平与糖尿病或低血糖密切相关。糖尿病从无症状到有症状需要很长的时间，通常从数年到数十年不等。有时可能一直没有症状，直到出现严重的并发症，如脑血管或心脏并发症，直到临终前才发现有糖尿病基础。因此，准确及时地监测血糖水平对诊断和治疗糖尿病至关重要。监测血糖水平的传统方法一般采用荧光法、电化学法和化学发光法。虽然这些方法非常有效，但由于紫外/可见激发光源的自发荧光背景和电极对蛋白质的污染，它们并不适合直接监测血清中的葡萄糖水平。因此，开发智能葡萄糖传感器，避免复杂血液样本的干扰仍然至关重要。

2、近年来，一种用于生物传感的新型纳米材料因其优异的催化特性而备受关注，被认为是天然酶的一种有前途的替代品。酶纳米材料(纳米酶)具有成本低、稳定性高的优点，克服了天然酶易变、成本高、稳定性差和储存困难等局限性。基于纳米酶传感器的研究，已被应用于重金属离子、分子和有机化合物的定量和定性检测，在自然环境中，纳米酶可用于降解有机和持久性污染物，如抗生素、酚类和纺织染料。此外，纳米酶的潜在应用领域从室内空气净化到抗生物污垢剂，甚至在对抗病原菌方面也显示出了前景。利用纳米酶的催化作用进行比色传感实现可视化检测。另一方面，长余辉光学传感器长期以来一直被用作定量检测生物标记物的有效方法。作为一种光致发光材料，它能够在外部激发下储存能量，并在激发停止后仍以光子的形式缓慢释放能量，其特殊的光学特性使其在外部光源预激发后无需原位激发即可实现连续发光，从而最大程度地避免了血液本身背景荧光的干扰，实现了高灵敏度的光学检测。因此，在长余辉光学传感器中结合纳米酶，利用其催化比色特性实现可视化检测，有利于实现低成本、稳定的复合传感器。本发明将比色-磷光双通道传感器与智能可移动的微信小程序相结合，通过对颜色进行读取，将显色后的溶液转化成数字化颜色信息消除裸眼比色分析法中因主观颜色判断而引起的分析误差，构建智能手机相结合的葡萄糖检测手段。

3、因此，基于长余辉纳米酶发展一种葡萄糖的比色-磷光双通道检测方法，利用余辉检测消除血清样本自荧光的干扰并结合智能手机的微信小程序，实现实际血清样品中葡萄糖的现场测定是非常有意义的。

技术实现思路

1、本发明针对现有的常规葡萄糖监测手段，如荧光、电化学和化学发光法，虽然这些方法非常有效，但由于紫外/可见光激发光源自发荧光背景干扰和蛋白质对电极的污染等限制，它们不适合直接监测血清中的葡萄糖水平。因此结合智能可移动平台提供了一种新型的比色-磷光双通道检测葡萄糖浓度的方法，对其他干扰物质如糖类、氨基酸、蛋白质等无明显响应，实现血清样品中实时快速、可视化的葡萄糖现场精准检测。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明第一方面的目的是提供一种长余辉复合纳米酶的制备方法，包括以下步骤：

4、该长余辉纳米酶mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in的合成步骤包括：

5、s1.1、长余辉纳米粒子的制备：采用水热法将醋酸锌、氧化锗、硝酸镓、硝酸铜、硝酸铟按照zn1.1ga1.8ge0.1o4:x cu,y in化学计量关系投料，其中x为0％、0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％，y为0％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％。将上述反应液ph调为7-10；水热反应温度为140℃-220℃，水热反应时间为5-15小时。

6、s1.2、用水、乙醇交替洗涤离心，80℃真空干燥一夜，制得的zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in干燥保存备用。

7、s1.3、将干燥后的zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in长余辉粉末超声分散在体积比为2∶7v/v的水-乙醇配制的mncl2·4h2o溶液中，氨水调节至ph＝12，55℃水浴下持续搅拌并进行洗涤干燥得到mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in纳米复合材料。

8、在一个优选的制备方法实施方式中，所述步骤s1.1中，zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in长余辉纳米材料x分别为0、0.1、0.5、1、1.5、2，y分别为0、0.07、0.08、0.09、0.1，由醋酸锌、氧化锗、硝酸镓、硝酸铜、硝酸铟按照化学计量比制备，所述碱液为氨水。

9、在一个优选的制备方法实施方式中，所述步骤s1.3中

10、mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in的制备mncl2·4h2o的浓度为0至16微摩尔，碱液为naoh。

11、本发明第二方面的目的是提供了一种上述方法制备得到的长余辉纳米酶mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in。

12、本发明第三个方面的目的是提供一种上述长余辉复合纳米酶在葡萄糖的双通道智能检测方面的应用。该应用是将mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in用于葡萄糖检测，检测方法如下：

13、建立反应体系，该反应体系包括葡萄糖、葡萄糖氧化酶、mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in以及过氧化物酶底物的缓冲液；将反应体系在一定温度反应一段时间后，分析记录溶液颜色变化梯度，用分子荧光光度计记录余辉强度变化，并绘制葡萄糖标准工作曲线，实现葡萄糖的双通道检测。

14、在一个优选的应用实施方式中，所述过氧化物酶底物为3',5,5'-四甲基联苯胺、醋酸-醋酸钠缓冲溶液。

15、在一个优选的应用实施方式中，所述催化反应体系中醋酸-醋酸钠缓冲溶液的ph为2-8。

16、在一个优选的应用实施方式中，所述催化反应体系在37℃下反应10分钟。

17、本发明中，mno2的吸收波长与zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in长余辉纳米粒子的发射波长重叠，因此有效猝灭zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in的可见光。葡萄糖氧化酶催化葡萄糖产生的h2o2，与mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in作用发生两个途径：1、mno2@zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in催化氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)，产生蓝色化合物(ox-tmb)，其颜色变化梯度与浓度呈线性关系；2、mno2与h2o2发生氧化还原反应被降解为mn2+,长余辉材料的可见光逐渐恢复，其余辉强度和浓度呈线性关系，构建了葡萄糖的比色-磷光传感器，可用于血清中葡萄糖的检测。

18、本发明的优点和有益效果：

19、本发明提供了长余辉纳米酶复合材料，在紫外光激发下发出可见光，并具有持续的余辉光。同时mno2纳米酶的负载使材料具有催化活性，能够催化3,3',5,5'-四甲基联苯胺显色，根据颜色梯度和zn1.1ga1.8ge0.1o4:cu,in的磷光余辉强度定量分析葡萄糖，避免如血清等复杂实际样品自身背景的干扰。并能够结合智能手机实现比色-磷光双通道的葡萄糖现场快速精确检测。另外该体系不含放射性元素，对环境不会造成危害，制备方法简单，易于大规模推广应用。