[发明专利]基于铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶的长时间化学发光体系

说明书

一种基于铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶的长时间化学发光体系。该化学发光体系以铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物为化学发光反应的催化剂，以鲁米诺和葡萄糖为化学发光底物，利用铁卟啉金属‑有机框架材料和葡萄糖氧化酶的局域级联催化产生长时间化学发光。铁卟啉金属‑有机框架材料是以Zr⁴⁺为金属中心、铁卟啉为配体，通过水热法制备而成，具有较高的过氧化物酶活性和稳定性；在铁卟啉金属‑有机框架材料表面通过静电吸附修饰葡萄糖氧化酶，制备铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物。含有铁卟啉金属‑有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物、鲁米诺和葡萄糖的混合溶液体系可以产生7.5小时稳定的高强度化学发光。该化学发光体系可在生理条件下产生长时间稳定的高强度化学发光，在生物检测和成像方面具有较好的应用前景。

一、技术领域

本发明为一种基于铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶的长时间化学发光体系。以鲁米诺和葡萄糖为化学发光底物，利用铁卟啉金属-有机框架材料的过氧化物酶活性和纳米酶/生物酶复合物的局域级联催化特性，产生长时间稳定的高强度化学发光，实现长时间的化学发光稳定成像。

二、背景技术

化学发光是物质在进行化学反应时伴随的一种光辐射现象，灵敏性高、易于操作、仪器简单且成本较低，在临床诊断、食品检测和生物分析等方面应用广泛。与荧光方法相比，化学发光不需要激发光源，避免了自体荧光的干扰，极大地提高了信噪比，是很具潜力的一种生物成像手段。目前，发展比较成熟的是酶反应化学发光体系，包括辣根过氧化物酶-鲁米诺-H₂O₂体系和碱性磷酸酶-二氧环乙烷体系。然而这些生物酶参与的化学发光体系具有发光时间较短、发光强度稳定性差等缺点，且生物酶易失活，修饰复杂等，限制了其在生物成像分析中的应用。

最近，研究者利用慢扩散控制底物的均相催化机理，发展了基于微/纳米材料的辉光型化学发光体系。在这种体系中，一般要求将催化剂或催化底物封装在微/纳米材料中，材料的多孔结构使催化剂或发光底物的扩散较慢，从而控制化学发光反应速率，延长化学发光时间。由于微/纳米材料中催化剂具有高的负载量，所以其化学发光信号较强。尽管此类体系可以持续化学发光几到几百个小时，但其化学发光强度随时间衰减较快，没有强度稳定期，不利于实时生物成像分析。

纳米酶是近年来发展的具有酶活性的纳米材料，由于具有较好的环境耐受性已被广泛使用，其中，过氧化物纳米酶得到了很好的发展，包括无机纳米粒子以及血红素功能化的纳米材料。另外，通过使用催化位点作为连接点，制备了多种具有过氧化物酶性质的金属-有机框架材料。在金属-有机框架材料中每个催化位点以单体的形式存在，且因具有多孔性，易于底物接触催化位点，使得金属-有机框架材料具有较高的催化活性。除了生物催化、药物递送、光动力学治疗和生物传感，金属-有机框架材料也已用于发展化学发光体系，但目前基于金属-有机框架材料的化学发光体系都是闪光型，不适合化学发光准确检测和生物成像分析。

三、发明内容

本发明的内容是：合成铁卟啉金属-有机框架材料，制备铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物，以鲁米诺和葡萄糖为化学发光底物，利用所制备的纳米酶/生物酶复合物的局域级联催化特性，产生长时间稳定的高强度化学发光，进行化学发光稳定成像。

本发明通过以下技术方案来实现：

以Zr⁴⁺为金属中心、铁卟啉为配体，使用水热法，在120℃反应12小时合成铁卟啉金属-有机框架材料，再在60℃真空干燥24小时得到红棕色固体，储存在4℃冰箱里。使用时将其分散在水中，和葡萄糖氧化酶溶液混合，在室温下震荡12小时，离心洗涤，得到铁卟啉金属-有机框架材料/葡萄糖氧化酶复合物。检测化学发光性质时，把上面合成的纳米酶/生物酶复合物和鲁米诺、葡萄糖溶液混合，用化学发光分析仪实时检测发光强度随时间的变化(图1)，或者利用CCD进行成像分析(图2)。

本体系能够长时间化学发光的原理：