本发明专利技术提供了一种3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs/HP‑β‑CD复合材料的制备方法和应用。所述复合材料的制备，是通过Fe3O4和AuNPs以及羟丙基‑β‑环糊精(HP‑β‑CD)修饰到三维石墨烯表面制得(3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs/HP‑β‑CD)。该材料不仅结合了3D‑rGO比表面积大、电子传递速率快，Fe3O4‑AuNPs电催化活性高等优点，还具有HP‑β‑CD优异的分子识别能力，通过一系列表征证实Fe3O4、AuNPs和HP‑β‑CD成功负载在三维石墨烯结构中，并将其修饰到玻碳电极表面制得新型传感平台用于鸟嘌呤和腺嘌呤的同时检测。结果表明，鸟嘌呤和腺嘌呤在较宽的线性范围下得到了较低的检测限，大大提高了修饰电极对两种嘌呤检测的灵敏度。本发明专利技术制备的传感器还成功用于实际样品鱼精DNA中鸟嘌呤和腺嘌呤的同时检测。
Preparation and Application of a 3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-beta-CD Composite
【技术实现步骤摘要】
一种3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD复合材料的制备方法和应用
本专利技术属于纳米复合材料和电化学检测，具体涉及一种3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD纳米复合材料的制备及其修饰到电极表面同时检测鸟嘌呤和腺嘌呤的方法。
技术介绍
鸟嘌呤(G)和腺嘌呤(A)是脱氧核酸(DNA)和核酸(RNA)中重要的两种碱基。嘌呤作为生物分子，除在细胞增殖中具有多种重要的功能外，还在细胞裂解、凋亡等过程中以一种危险信号存在。DNA中碱基的浓度,会影响酶的活性，通过改变正常的嘌呤代谢途径，从而影响免疫系统，引发肥胖和肿瘤复发等多种疾病。因此，准确且高效地检测生物样品中鸟嘌呤和腺嘌呤的含量，在生物科学以及分析化学领域意义重大。电化学以其高效，简便、快速的优点多年来一直被广泛应用于鸟嘌呤和腺嘌呤的检测。传统的二维石墨烯基复合材料，尽管具有大的比表面积，以及良好的导电性能等，在电化学传感器等方面应用广泛，但水溶性差。而β-环糊精(β-CD)由于其腔内疏水、腔外亲水的结构，与各种客体分子结合形成超分子化合物，再加上其良好的亲水性的性质，可以提高电极的特异性识别和选择性。因此在二维石墨烯表面负载β-CD后，不仅提高了水溶性和对客体分子的识别能力，且增强了电化学性能，但是检测效果不是很显著。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD纳米复合物的制备及其修饰到电极表面同时检测鸟嘌呤和腺嘌呤的方法，解决现有技术存在的电极检测线性范围窄、电子转移阻抗大、以及检测下限高等技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)Fe3O4-AuNPs纳米粒子的制备：首先将49-51mg(优选50mg)Fe3O4加入到40-60mL(优选50mL)超纯水中，超声分散后，在N2氛围下再加入170-190μL(优选180μL)3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，室温下机械搅拌6-8h(优选7h)，黑色沉淀用超纯水和乙醇反复洗涤并磁滞分离最后真空干燥，得到氨基化的Fe3O4(Fe3O4-NH2)；然后取19-21mg(优选20mg)Fe3O4-NH2粉末超声分散在15-25mL(优选20mL)超纯水中，加入39-41mg(优选40mg)金纳米粒子(AuNPs)粉末，室温搅拌2-4h(优选3h)，反复洗涤并磁滞分离，50℃真空干燥7-9h(优选8h)，即得到Fe3O4-AuNPs；2)3D-rGO/Fe3O4-AuNPs纳米材料的制备：先将氧化石墨烯(GO)(40mg/20mL)超声破碎15-25min(优选20min)，在超声溶解下加入75-85mg(优选80mg)L-半胱氨酸(L-Cys)，迅速加入550-650μL(优选600μL)氨水，置于锥形瓶中，在95℃的油浴中加热，反应3-5h(优选4h)，最后过滤，冷冻干燥得三维石墨烯(3D-rGO)黑色固体粉末；再取制得的3D-rGO29-31mg(优选30mg)，超声分散在20-40mL(优选30mg)水中，加入29-31mg(优选30mg)步骤1)中所获得的Fe3O4-AuNPs，室温搅拌2-4h(优选3h)，多次洗涤并磁滞分离，冷冻干燥得到3D-rGO/Fe3O4-AuNPs；3)3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD复合材料的制备：取19-21mg(优选20mg)步骤2)中所获得的3D-rGO/Fe3O4-AuNPs到50mL锥形瓶，加入22.23-24.23mg(优选23.23mg)碳二亚胺盐酸盐(EDCI)和12.8-14.8mg(优选13.8mg)N-羟基琥珀酰亚胺NHS，机械搅拌1-3h(优选2h)，然后加入羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)155-165mg(优选160mg)，室温搅拌20-30h(优选24h)后，磁滞分离并冷冻干燥，得到最终产物3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD。一种用三维石墨烯纳米复合材料同时检测鸟嘌呤和腺嘌呤的方法，包括以下步骤：1)3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD修饰电极的制备：对玻碳电极进行清洗并干燥，移取4-6μL(优选5μL)如前所述的3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD(2mg/mL)滴涂于玻碳电极(GCE)表面，在红外灯下充分烘干，即获得3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD的修饰电极；2)电化学同时检测鸟嘌呤和腺嘌呤：先通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗法(EIS)在含有5mM铁氰化钾和亚铁氰化钾混合物([Fe(CN)6]3-/4-)和0.1MKCl-的0.1MpH＝7磷酸缓冲盐溶液PBS中对制备好的3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD修饰的玻碳电极进行电化学表征。然后浸入含100μM鸟嘌呤和100μM腺嘌呤的PBSpH＝3溶液中，用差分脉冲伏安法(DPV)检测电信号来实现两种嘌呤的同时检测；3)电化学同时检测实际样品中的鸟嘌呤和腺嘌呤：先制备生物样品：取90-110μL(优选100μL)提取的鱼精DNA置于塑料离心管中，加入0.5-1.5mL(优选1mL)HCl，于沸水浴中加热0.5-1.5h(优选1h)得到变性处理的DNA，再加入0.5-1.5mL(优选1mL)NaOH，并于室温下冷却；最后通过PH＝3的0.1mol/LPBS定容至20mL；根据标准加入法先取10mL制得的定容变性鱼精DNA，测定其中鸟嘌呤和腺嘌呤的氧化电流峰，然后再取10mL制得的定容变性鱼精DNA，加入50μM的鸟嘌呤和腺嘌呤，再次测量峰电流值，通过两次测量之间的差值算得鸟嘌呤和腺嘌呤的浓度，从而得到鸟嘌呤和腺嘌呤的百分含量，进一步计算出鱼精DNA中(G+C)/(A+T)(其中，C是胞嘧啶，T是胸腺嘧啶)的比值，与标准值对比；4)同时检测G和A的干扰性研究：为了评价构筑电化学传感器的选择性，测定几种重要的生物物质以及一些金属和无机离子等干扰物质存在时鸟嘌呤和腺嘌呤的峰电流变化。通过将8-12mM(优选10mM)不同的干扰物质加入0.1M含有80-120μM(优选100μM)鸟嘌呤和80-120μM(优选100μM)腺嘌呤的PBSpH＝3缓冲溶液中，检测3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD/GCE的DPV峰电流值。本专利技术制备的三维石墨烯基纳米复合材料3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD，修饰于玻碳电极(GCE)表面制得新型电化学传感器。通过差分脉冲伏安法(DPV)，用该纳米复合物修饰电极同时检测鸟嘌呤和腺嘌呤，获得了较宽的线性范围以及较低的检测限。与现有技术相比本专利技术的有益效果：(1)本专利技术制备的三维石墨烯基纳米复合物3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD，包含四种多功能材料，可用于修饰电极。其中3D-rGO独特的多孔网络结构赋予其超高的比表面积和良好的导电性，Fe3O4纳米粒子具有良好的磁性能、强的催化能力和优异的表面活性等独特性质，AuNPs拥有优异的电催化性能和生物相容性等优势，再加上HP-β-CD保留了β-环糊精的空腔结构，与各种客本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs/HP‑β‑CD纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)Fe3O4‑AuNPs纳米粒子的制备：首先将49‑51mg Fe3O4加入到40‑60mL超纯水中，超声分散后，在N2氛围下再加入170‑190μL3‑氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，室温下机械搅拌6‑8h，黑色沉淀反复洗涤并磁滞分离，最后真空干燥，得到氨基化的Fe3O4(Fe3O4‑NH2)；然后取19‑21mg Fe3O4‑NH2粉末超声分散在15‑25mL超纯水中，加入39‑41mg金纳米粒子(AuNPs)粉末，室温搅拌2‑4h，反复洗涤并磁滞分离，50℃真空干燥7‑9h，得到Fe3O4‑AuNPs；2)3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs纳米材料的制备：先将40mg/20mL氧化石墨烯(GO)超声破碎15‑25min，在超声溶解下加入75‑85mg L‑半胱氨酸(L‑Cys)，迅速加入550‑650μL氨水，置于锥形瓶中，在95℃的油浴中加热，反应3‑5h，最后过滤，冷冻干燥得三维石墨烯(3D‑rGO)黑色固体粉末；再取制得的3D‑rGO29‑31mg，超声分散在20‑40mL水中，加入29‑31mg步骤1)获得的Fe3O4‑AuNPs，室温搅拌2‑4h，多次洗涤并磁滞分离，冷冻干燥得到3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs；3)3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs/HP‑β‑CD复合材料的制备：取19‑21mg步骤2)中所获得的3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs到50mL锥形瓶，加入22.23‑24.23mg碳二亚胺盐酸盐和12.8‑14.8mg N‑羟基琥珀酰亚胺，机械搅拌1‑3h，然后加入羟丙基‑β‑环糊精(HP‑β‑CD)155‑165mg，室温搅拌20‑30h后，磁滞分离并冷冻干燥，得到最终的产物3D‑rGO/Fe3O4‑AuNPs/HP‑β‑CD。...
【技术特征摘要】
1.一种3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)Fe3O4-AuNPs纳米粒子的制备：首先将49-51mgFe3O4加入到40-60mL超纯水中，超声分散后，在N2氛围下再加入170-190μL3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，室温下机械搅拌6-8h，黑色沉淀反复洗涤并磁滞分离，最后真空干燥，得到氨基化的Fe3O4(Fe3O4-NH2)；然后取19-21mgFe3O4-NH2粉末超声分散在15-25mL超纯水中，加入39-41mg金纳米粒子(AuNPs)粉末，室温搅拌2-4h，反复洗涤并磁滞分离，50℃真空干燥7-9h，得到Fe3O4-AuNPs；2)3D-rGO/Fe3O4-AuNPs纳米材料的制备：先将40mg/20mL氧化石墨烯(GO)超声破碎15-25min，在超声溶解下加入75-85mgL-半胱氨酸(L-Cys)，迅速加入550-650μL氨水，置于锥形瓶中，在95℃的油浴中加热，反应3-5h，最后过滤，冷冻干燥得三维石墨烯(3D-rGO)黑色固体粉末；再取制得的3D-rGO29-31mg，超声分散在20-40mL水中，加入29-31mg步骤1)获得的Fe3O4-AuNPs，室温搅拌2-4h，多次洗涤并磁滞分离，冷冻干燥得到3D-rGO/Fe3O4-AuNPs；3)3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD复合材料的制备：取19-21mg步骤2)中所获得的3D-rGO/Fe3O4-AuNPs到50mL锥形瓶，加入22.23-24.23mg碳二亚胺盐酸盐和12.8-14.8mgN-羟基琥珀酰亚胺，机械搅拌1-3h，然后加入羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)155-165mg，室温搅拌20-30h后，磁滞分离并冷冻干燥，得到最终的产物3D-rGO/Fe3O4-AuNPs/HP-β-CD。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中在N2氛围下再加入APTES，室温下机械搅拌时间为7h。3.根据权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中加入AuNPs粉末后室温搅拌时间为3h，50℃真空干燥时间为8h。4.根据权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁文婷，张成玲，戎艳琴，马学文，芦冬涛，董川，双少敏，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14
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