[发明专利]一种Au@BP5复合材料及其制备方法与应用

说明书

本申请公开一种Au@BP5复合材料及其制备方法与应用，在Au纳米粒子表面包裹一层带有可以识别H₂O₂特异性基团的不对称柱[5]芳烃，以Au@BP5为光活性材料，设计了一种新型信号开关型光电化学(PEC)生物传感系统，用于检测细胞中微量H₂O₂。这是首次合成此种不对称柱[5]芳烃BP5并复合Au纳米粒子作为传感材料。利用Au纳米粒子在可见光照下的局域表面等离子效应，不对称柱[5]芳烃(BP5)的主客体络合作用以及柱芳烃上特异性基团与H₂O₂的反应检测H₂O₂。基于Au@BP5的多个信号放大能力，H₂O₂检测线性范围从1 pg mL^‑1‑60 pg mL^‑1，检测极限为0.33 pg mL^‑1(S/N=3)。

技术领域

本发明属于光电化学技术领域，具体涉及一种Au@BP5复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

阿尔茨海默病(AD)是一种常见的神经退行性疾病，主要表现为记忆丧失和认知功能的退化。据《世界阿尔茨海默病报告》显示，2019年全球约有5000万阿尔兹海默症患者，预测到2050年，患者人数将超过1.35亿。由于AD病理复杂，缺乏特效药治疗。因此，AD的精准检测和治疗具有重要社会价值。研究表明，AD患者大脑中存在各种氧化损伤，包括细胞膜脂质过氧化、蛋白和核酸变性等。而氧化损伤主要是由活性氧(ROS)的动态平衡紊乱造成的。ROS是由基态氧分子衍生出的一系列比氧分子更加活泼的分子或自由基的总称，包括超氧阴离子自由基(O₂·^-)、羟基自由基(·OH)、过氧化氢(H₂O₂)、次氯酸根离子(ClO-)等。因此，研制细胞内过氧化氢(H₂O₂)分子的精确测定方法迫在眉睫，对AD的发病机制和临床诊断至关重要。

在众多ROS的检测方法中，电化学检测技术是众多科研工作者潜心探究的热点。电化学法具有操作简单、响应快速、结果精确、易微型化等特点。通过结合微电极技术，电化学分析法可以实现ROS在活体层次的原位、实时动态检测，这对研究ROS及相关分子与疾病的关系至关重要。在电化学基础上发展的光电化学检测(PEC)技术因其激发信号和响应信号不同，具有更高的灵敏度和精确性。而光电化学传感器的关键是制备高光响应的光电材料。具有局域表面等离子共振效应(LSPR)的贵金属纳米粒子(NM NPs)在构建光电化学传感器中得到广泛的应用。具有LSPR效应的贵金属纳米材料因其独特的光、电优势，展现出广阔的应用前景。例如金纳米粒子(Au NPs)对可见光有较强的吸收能力，在一定强度可见光照射下，产生的LSPR效应大大增加光电响应能力，缩短响应时间，提高检测的灵敏度。有报道指出15nm的Au NPs具有超强的可见光吸收能力，显著提高葡萄糖氧化时的光电化学性能。AuNPs还具有高的化学稳定性、生物相容性、易表面功能化等优点。然而在实验过程中，由于ROS分子的复杂和多样性，Au NPs不易对其特异性地识别。单独的贵金属纳米材料修饰的光电化学传感器很难满足专一性和特异性的需求。

柱芳烃作为超分子家族的一员，由于两端的基团可以定向设计，因此既可以将其设计成具备巯基、双硫键、氨基等能与贵金属发生配位作用的“桥梁”分子，又可以编辑目标基团实现目标分子选择性识别和捕捉。柱芳烃功能化贵金属纳米材料对目标分子光电化学检测时能够充分结合二者优异的特性：柱芳烃上目标基团特异地识别待测客体分子，并通过主客体作用络合足够多的待测分子到Au NPs表面发生化学反应；协同Au NPs的LSPR效应提高光电化学响应，实现PEC检测性能的显著提高。杨英威团队研究指出羧基化的柱[5]芳烃功能化金纳米材料做为光学探针能够特异、高效地检测百草枯。若开发柱芳烃功能化贵金属纳米材料构筑的ROS光电化学传感器，将为ROS中H₂O₂特异、精确、高灵敏地检测带来新的机遇，具有鲜明的引领特色。

发明内容