一种用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及金属-有机框架材料领域，具体涉及一种用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病，通常与记忆丧失(尤其是情景记忆)、身体和行为残疾、认知能力下降有关，并最终导致死亡。全世界受阿尔茨海默病影响的人数(大多数60岁以上)从1990年的2170万显着增加到2023年的5500万，预计到2050年将增加两倍，给人类和社会带来了高昂的经济成本和照料负担。到目前为止，阿尔茨海默病主要以临床诊断为主，评估具有很大的主观性，而且往往容易受到患者和诊断者自身因素的影响和干扰，这就使得部分患者可能无法得到及时准确的诊断，从而造成误判并延误病情。调查数据显示：中国的阿尔茨海默病患者从出现症状到首次确诊的平均时间在1年以上，67％的患者在确诊时己达到中重度，错过最佳干预阶段。因此，建立快速有效的阿尔茨海默病早期筛查与诊断方法己成为该领域亟需解决的一个瓶颈难题。

2、阿尔茨海默病这类神经退行性疾病是由体细胞突变和氧化应激在任何时候随机积累引起的。在衰老过程中发生的关键事件或其发作是端粒侵蚀、氧化应激和细胞衰老。衰老细胞表型显示，导致活性氧信号转导改变的线粒体超复合物上的活性氧调节是徒劳的。与正常的其他身体组织相比，神经元细胞具有高度敏感性和易受氧化应激的影响，这是由于其摄入的氧气、脂质含量和抗氧化酶的稀缺性较高。研究表明，随着时间的流逝和年龄的增长，活性氧的产生和抗氧化活性(超氧化物歧化酶和过氧化氢酶或谷胱甘肽过氧化物酶)的比例受到干扰，大分子及其产物在大脑中的积聚受到氧化损伤。其中，过氧化氢(h2o2)作为一种重要活性氧物质，在细胞内过度累积会导致生物体代谢紊乱，是阿尔茨海默病这一类神经退行性疾病产生的特征标志物。因此，准确测定人体内过氧化氢含量有望成为无创性筛查和诊断阿兹海默的重要指标。最近，光致发光检测技术通过识别血清和尿液中存在的特定化合物，证明了其用于疾病无创诊断的潜力。然而，在传统的光致发光检测技术中，经常受到光毒性和激发光诱导的自发荧光的阻碍，导致检测过程中的信噪比和灵敏度较差。

3、化学发光是一种物质在进行化学反应时产生的光辐射现象，具有超高的灵敏度。与光致发光相比，化学发光可以通过消除激发光和生物组织的背景噪声使其避免自发荧光的干扰，从而提高信噪比。目前比较成熟的鲁米诺-过氧化氢反应体系具有量子产率高、水溶性强、结构简单等优点。同时，金属离子，如co(ii)、cu(ii)、ni(ii)、cr(iii)、mn(ii)和fe(ii)均己被证明可以加速化学反应，从而提高鲁米诺-过氧化氢化学发光强度。然而，在溶剂化学发光体系中，体系的光辐射过程受到自由荧光中心的弛豫和过氧化氢在溶液中的快速扩散的限制，不适合应用于化学发光的准确检测。

技术实现思路

1、基于现有技术中的不足，本发明提供一种金属-有机框架材料，集成催化中心和发光中心减弱辐射弛豫以增加化学发光强度，获得化学发光对过氧化氢的线性响应，从而实现阿尔茨海默病标志物过氧化氢的检测，达到对阿兹海默症的早期诊断的目的。

2、本发明提供了一种用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料，具有稳定的晶体结构以及有序的孔道，化学式为[m(l)x(g)y]·(r)n，其中m为锆离子、铜离子、铁离子或锌离子；l为含羧酸基团和氮功能位点的有机配体，为2，2′-联吡啶-5，5′-二羧酸、6-(4-羧基苯基)烟酸、2，2′-联吡啶-4,4′-二甲酸中的至少一种，x＝0.5～1；

3、g表示与金属离子配位或在晶体孔道内的有机溶剂分子，y＝10～50；r表示所述化学发光金属-有机框架材料中的钴离子和鲁米诺分子，n＝1～20。

4、本发明还提供了一种所述用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)金属氯化盐与含有羧酸基团和氮功能位点的有机配体分别都溶于有机溶剂中，通过溶剂热反应得到金属-有机框架材料；

6、具体步骤为：将金属盐与含有羧酸基团和氮功能位点的有机配体分别都溶于有机溶剂中，得到混合溶液；超声至金属盐溶解且有机配体分散均匀后将两瓶溶液混合于水热反应釜内胆中，然后加入乙酸；将反应釜放入110～120℃恒温烘箱。24～48h后取出反应釜，自然冷却；将所得白色粉末离心并超声清洗3～5遍；之后在同样条件下用乙醇清洗2～3遍，然后在乙醇中浸泡3～5天，每8～12h换一次溶剂，最后在50～60℃烘箱中干燥，得到金属-有机框架材料；

7、(2)金属-有机框架材料分散于有机溶剂中，与钴盐混合后进行热反应得到钴离子螯合的金属-有机框架材料；

8、具体步骤为：将干燥后的金属-有机框架材料分散于有机溶剂中，六水氯化钴溶解于有机溶剂中，将两者混合于玻璃瓶中，置于60～70℃烘箱中24～30h；得到的蓝色粉末分散的溶液用有机溶剂清洗3～5遍，用无水乙醇清洗1～3遍，然后在无水乙醇中浸泡1～2天，每8～12h换一次溶剂，在50～60℃烘箱中干燥，得到钴离子螯合的金属-有机框架材料；

9、(3)将鲁米诺溶于有机溶剂中，与钴离子螯合的金属-有机框架材料混合得到装载鲁米诺/钴离子的金属-有机框架材料；

10、具体步骤为：将鲁米诺溶于有机溶剂中，称取钴离子螯合的金属-有机框架材料超声分散于该溶液中，室温静置24～32h，分别用有机溶剂和无水乙醇溶液清洗3～5遍，室温自然干燥，得到装载鲁米诺/钴离子的金属-有机框架材料。

11、优选的，所述的金属氯化盐为氯化锆、氯化铜、氯化钴、氯化铁或氯化锌。

12、优选的，所述含羧酸基团和氮功能位点的有机配体是结构式为(a)的2,2′-联吡啶-5，5′-二羧酸、结构式为(b)的6-(4-羧基苯基)烟酸、结构式为(c)的2，2′-联吡啶-4，4′-二甲酸中的至少一种，结构式分别如下：

13、

14、

15、优选的，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、甲醇和四氢呋喃中的至少一种。混合有机溶剂可以按任意比的混合。

16、优选的，步骤(1)中所述金属氯化盐中的金属离子和含有羧酸基团和氮功能位点的有机配体的摩尔比为1：1～2。所述的金属-有机框架材料与钴盐中钴离子的质量比为1～2：1。所述的金属-有机框架材料与鲁米诺的质量比为1：2～3。

17、本发明还提供了一种所述化学发光金属-有机框架材料、或者所述的制备方法制备的化学发光金属-有机框架材料在阿尔茨海默病标志物检测中的应用。应用时，所述化学发光金属-有机框架材料通过增强化学发光探测生理范围内阿尔茨海默病标志物h2o2。

18、该材料集成催化中心和发光中心从而增强化学发光对h2o2的光学响应，可以用于生理范围生理h2o2的探测。

19、本发明还提供了一种所述化学发光金属-有机框架材料、或者所述的制备方法制备的化学发光金属-有机框架材料在制备阿尔茨海默病标志物检测试剂盒中的应用。

20、本发明具体的有益效果在于：

21、1、本发明的金属-有机框架材料是一种具有有序晶体结构和规则孔道的框架材料，从而可用于集成发光中心鲁米诺。以2，2′-联吡啶-5,5′-二羧酸和金属锆为例，形成的金属-有机框架材料具有八面体孔笼和四面体孔笼的孔道结构，其直径分别为1.6nm和1.2nm，有较大的空间集成发光中心的同时还可以避免发光中心团聚导致的荧光淬灭，获得优异的发光性能。

22、2、本发明的金属-有机框架材料中含有氮功能位点，使其成为后修饰理想的平台，从而可用于催化中心钴离子的螯合，实现固相材料中发光中心和催化中心的集成。

23、3、本发明的用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料，在h2o2存在的情况下，产生位于415nm的发射峰，并且发光信号对h2o2浓度呈线性响应。利用化学发光信号作为参照，这也是化学发光信号首次被应用于阿兹海默症标志物h2o2传感。

24、4、本发明的用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料，对h2o2的检测限为3.93μm，且相对于生理环境中可能存在的其他小分子离子，具有较好的选择性。由于h2o2是生物标记物葡萄糖的产物之一，因此金属-有机框架材料也能间接用于对葡萄糖的检测，检测限为3.72μm。化学发光具有无需外界激发光源的优点，该材料对于无创检测生理环境中的h2o2和葡萄糖具有潜在优势。

25、5、生物相容性是评价一种材料能否被应用于生物医学领域的重要标准，本发明的金属-有机框架材料具有优异的生物相容性，当其含量达到100μg·ml-1时，细胞的存活率还能达到90％以上，证明该材料具有良好的生物相容性。

26、6、本发明的用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料可以在水溶液中保持长时间的结构稳定。且在磷酸缓冲液中浸泡1天后结构也依然保持完好，保证了其在生物科学领域的应用。

技术特征：

1.一种用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料，其特征在于，化学式为[m(l)x(g)y]·(r)n，

2.一种权利要求1所述用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述的金属氯化盐为氯化锆、氯化铜、氯化钴、氯化铁或氯化锌。

4.根据权利要求2所述用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述含羧酸基团和氮功能位点的有机配体为2,2′-联吡啶-5，5′-二羧酸、6-(4-羧基苯基)烟酸、2，2′-联吡啶-4，4′-二甲酸中的至少一种。

5.根据权利要求2所述用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、乙醇、甲醇和四氢呋喃中的至少一种。

6.根据权利要求2所述用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属氯化盐和含有羧酸基团和氮功能位点的有机配体的摩尔比为1：1～2。

7.根据权利要求2所述用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属-有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述的金属-有机框架材料与钴盐中钴离子的质量比为1～2：1；所述的金属-有机框架材料与鲁米诺的质量比为1：2～3。

8.一种权利要求1所述化学发光金属-有机框架材料、或者权利要求2-7任一项所述的制备方法制备的化学发光金属-有机框架材料在阿尔茨海默病标志物检测中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，应用时，所述化学发光金属-有机框架材料通过增强化学发光探测生理范围内阿尔茨海默病标志物h2o2。

10.一种权利要求1所述化学发光金属-有机框架材料、或者权利要求2-7任一项所述的制备方法制备的化学发光金属-有机框架材料在制备阿尔茨海默病标志物检测试剂盒中的应用。

技术总结
本发明公开了一种用于阿尔茨海默病标志物检测的化学发光金属‑有机框架材料及其制备方法和应用，涉及金属‑有机框架材料领域。本发明基于含羧酸基团和氮功能位点的有机配体制备了金属‑有机框架材料，利用其孔道和功能位点集成发光中心和催化中心，用于阿兹海默症标志物过氧化氢的检测。在过氧化氢存在的情况下，金属‑有机框架材料产生位于415nm的发射峰，并且发光信号对过氧化氢浓度呈线性响应，且具有较好的选择性和生物相容性。本发明使用的化学发光金属‑有机框架材料具有无需外界激发光源的优点，对于检测生理环境中的过氧化氢具有潜在优势，从而实现对阿兹海默症的早期无创诊断。

技术研发人员：廖峥娈,陈泓旭,曹文倩,崔元靖
受保护的技术使用者：浙江省人民医院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23