基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法及其应用
技术领域
1.本发明属于比色传感技术领域，涉及一种儿茶酚胺的比色分析方法，具体涉及一种基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法及其人体健康诊断的应用。
背景技术：2.儿茶酚胺是一类生物源性化合物，包括多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素，它们作为神经递质和激素在人体内发挥着重要的生理作用，也是诊断疾病和功能障碍的重要标志物，如帕金森病、精神分裂症和阿尔茨海默症等。因此测定人体中儿茶酚胺类儿茶酚胺对对疾病的诊断及病理生理机制的研究具有非常重要的意义。目前测定它们的方法包括：高效液相色谱、液相色谱-质谱联用法、非损伤成像技术等等，这些方法中存在仪器设备操作繁琐、前处理复杂、检测成本较高或检测周期长等问题。因此，迫切需要开发一种低成本、简单、快速、高灵敏度的方法来定量分析环境中酚类污染物。
3.基于纳米材料的比色分析由于其简单、成本效益、可视化以及可现场应用等优点引起了人们广泛的关注。尤其，结合纳米材料，由于其成本低、制备简便、稳定性高，以及优异的催化性能能够催化儿茶酚胺类物质氧化并发生肉眼可见的显色反应，已经在比色传感领域中有所应用。但是，获得高催化活性的纳米材料仍然是一个挑战，这极大限制了它们的广泛应用。
技术实现要素：4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、操作简便、可视化和高灵敏度的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，该方法具有所需试剂量低、响应快速、抗干扰能力强等优点，并可应用于人体健康诊断。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
6.一种基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，所述mnco@c ncs为核壳结构，所述内核为mnco双金属氧化物，所述外壳为多孔碳壳c ncs，所述方法包括以下步骤：
7.(1)mnco@c ncs的制备：
8.(1.1)将乙酸锰、pvp分散在乙醇和水混合溶液中并搅拌，随后，加入钴氰化钾水溶液，室温孵育，得到mnco前驱体；
9.(1.2)将mnco前驱体重新分散到水溶液中，然后加入多巴胺水溶液，室温反应，得到聚多巴胺涂层的mnco前驱体；
10.(1.3)将上述所得聚多巴胺涂层的mnco前驱体进行高温热解，得到核壳结构的mnco双金属氧化物多孔碳活性材料，即mnco@c ncs；
11.(2)将上述制备的mnco@c ncs分别加入到多个含有不同浓度儿茶酚胺的吗啉乙磺酸缓冲液样品中，得到混合体系，记录反应后各样品在485nm波长处的吸光度值a，得到儿茶
酚胺浓度与吸光度值a的检测线性关系；
12.(3)根据上述所得儿茶酚胺浓度与吸光度值a的检测线性关系，以及含儿茶酚胺的待测样品的吸光度值，得到待测样品中儿茶酚胺的浓度。
13.上述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，优选的，步骤(2)中，当mnco@c ncs加入到不含儿茶酚胺的吗啉乙磺酸缓冲液，反应体系几乎无色。当加入含儿茶酚胺的待测样品时，反应体系发生显色反应，由此定性检测待测样品中是否含有儿茶酚胺。
14.上述的基于基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，优选的，所述儿茶酚胺包括肾上腺素(ep)。所述ep浓度与吸光度值a的检测线性回归方程为：
15.当2,4-dp浓度为0.54μm～109.2μm时，a＝0.0035c
ep
+0.0153(1)；
16.当2,4-dp浓度为109.2μm～272.9μm时，a＝0.0005c
ep
+0.33(2)；
17.式(1)、(2)中，a表示吸光度值，c
ep
为待测溶液中肾上腺素的浓度值，该浓度值对应的单位为μm，式(1)的相关系数r2＝0.991、式(2)的相关系数r2＝0.994，肾上腺素的检测线性范围为0.54μm～272.9μm，检测限为0.68μm。
18.优选的，步骤(1.1)中，所述乙酸锰与pvp的质量比为1∶5～10，mn与co的摩尔比为1：1～3。
19.优选的，步骤(1.2)中，所述多巴胺与mnco前驱体的质量比为1∶1～3。
20.优选的，步骤(2)中，所述反应时间为3min～10min。步骤(2)和步骤(3)中，所述吗啉乙磺酸的浓度为30mm～50mm。
21.作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法在人体健康诊断医疗材料中的应用。
22.需要说明的是，本发明中，单位m指mol/l。
23.本发明中，乙酸锰、pvp、钴氰化钾在水中的浓度不做限定，溶解于水中即可。
24.本发明的检测原理主要在于：本发明制备的mnco@c ncs表现出优异的催化活性，能够在空气条件下以及肾上腺素存在时，催化肾上腺素氧化并显色，溶液变为肉眼可见的黄棕色，且随着肾上腺素浓度增加而颜色更深，并体现在485nm处吸光度值的增加。基于催化肾上腺素氧化而显色策略，实现肾上腺素的检测。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：
26.本发明提供了一种基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，聚多巴胺涂层的mnco前驱体在热解之后，其形貌特征为规则的立方体结构，这种独特的结构将为mnco@c ncs提供了更大的比表面积和催化活性位点。该材料制备方法具有制备工艺简单、成本低、稳定性高、环境友好等优点，适合于大规模制备。同时，mn和co协同作用和可逆的多价态赋予了其具有高催化活性，在空气条件下就能将儿茶酚胺催化氧化并显色生成红色产物，提高了检测灵敏度。该反应体系中，无须加入其他显色剂，只加入mnco@c ncs就能够催化底物显色，且催化剂含量极低，仅在μg/ml级别就可以高效催化，大大降低检测成本。同时，响应迅速，该比色分析方法在3min之内就能观察到肉眼可见的颜色变化，极大缩短检测时间。
27.本发明的比色传感策略基于催化儿茶酚胺氧化而显色，具有操作简便、低成本、可视化和现场应用等优点，通过在比色传感体系中加入不同浓度的儿茶酚胺，建立儿茶酚胺
浓度与吸光度值的检测线性关系，根据该检测线性回归方程计算待测样品中儿茶酚胺的浓度，可实现对人体体液中(如血液、尿液)儿茶酚胺的快速检测，有着很好的使用价值和市场前景。
附图说明
28.图1为本发明实施例1中制备的mnco@c ncs的扫描电镜图。
29.图2为本发明实施例1制备的mnco@c ncs催化不同浓度肾上腺素的uv-vis图。
30.图3为本发明实施例1中不同浓度肾上腺素与吸光度值的检测线性回归图。
31.图4为本发明实施例1中评估mnco@c ncs检测肾上腺素的抗干扰能力。
具体实施方式
32.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中，若无特别说明，所采用的原料和仪器均为市售。
33.实施例1
34.基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，包括以下步骤：
35.(1)mnco@c ncs的制备：
36.(1.1)将乙酸锰、pvp分散在乙醇和水混合溶液中并搅拌，随后，加入钴氰化钾水溶液，乙酸锰与pvp的质量比为1∶6，mn与co元素的摩尔比为1：1，在室温下孵育，得到mnco前驱体；
37.(1.2)将制备的mnco前驱体重新分散到水溶液中，随后加入多巴胺水溶液，多巴胺与mnco前驱体的质量比为1∶1，得到聚多巴胺涂层的mnco前驱体；
38.(1.3)将步骤(1.2)得到的聚多巴胺涂层的mnco前驱体在高温热解中，得到mnco@c ncs纳米材料。如图1所示，对mnco@c ncs进行电镜成像分析，其结果表明，mnco@c ncs呈规则的中空结构，直径150nm左右，独特的中空结构将增大其比表面积，提供更多的活性位点。由此说明，中空结构的mnco@c ncs制备成功。
39.(3)将mnco@c ncs分别加入到多个含有不同浓度肾上腺素的30mm吗啉乙磺酸缓冲液中，肾上腺素的浓度分别为0.54μm、1.09μm、2.73μm、5.46μm、16.38μm、27.23μm、38.21μm、54.58μm、81.88μm、109.17μm、163.76μm、218.34μm、272.92μm、327.51μm和436.68μm，然后反应3min，得到反应体系。
40.图2为本实施例中mnco@c ncs催化不同浓度肾上腺素的uv-vis图，从图中可以看出，随着肾上腺素浓度增加，其在485nm处的吸光度值逐渐增加，当浓度超过272.92μm时，吸光度值几乎不再明显变化，说明mnco@c ncs的催化能力已经达到饱和。
41.(4)记录反应后各样品在485nm波长处的吸光度值a，得到肾上腺素浓度与吸光度值a的检测线性关系。根据上述所得肾上腺素浓度与吸光度值a的检测线性关系，以及含肾上腺素的待测样品的吸光度值，得到待测样品中肾上腺素的浓度。
42.本实施例中，吸光度的测定方法为：将样品放置于紫外可见分光光度计中，测定485nm处的吸光度值。
43.图3为本实施例中不同浓度肾上腺素与吸光度值a的检测线性回归图。由图3可知，吸光度值a随着肾上腺素浓度的增加而增加，且吸光度值a与肾上腺素浓度呈现良好的线性
关系。检测线性回归方程为：
44.a＝0.0035c
ep
+0.0153(0.54μm～109.2μm)和a＝0.0005c
ep
+0.33(109.2μm～272.9μm)
45.(1)
46.式(1)中，a表示吸光度值，c
ep
为待测溶液中肾上腺素的浓度值，该浓度值对应的单位为μm，式(1)的相关系数r2＝0.991和0.994，肾上腺素的检测线性范围为0.54μm～272.9μm，检测限为0.68μm。
47.本实施例中，在进行步骤(3)时，当mnco@c ncs加入到不含肾上腺素的吗啉乙磺酸缓冲液中，得到反应体系时，反应体系几乎无色。当加入含肾上腺素的待测样品时，反应体系呈黄棕色，由此定性检测待测样品中是否含有肾上腺素，且由反应体系颜色深浅程度可定性判断肾上腺素浓度变化趋势。
48.实施例2
49.实施例2
50.其中，步骤(1)中，乙酸锰与pvp的质量比为1∶10，mn与co的摩尔比为1：3，在室温下孵育，得到mnco前驱体；多巴胺与mnco前驱体的质量比为1∶3。
51.其余同实施例1。
52.需要说明的是，实施例2所制得的mnco@c ncs的性质与实施例1所制备的mnco@c ncs的性质相同，对肾上腺素同样具有较好的催化活性。
53.由此可见，本发明的基于mnco@c ncs活性材料的快速比色分析方法可用于儿茶酚胺的检测。
54.实际样品可行性分析
55.通过实际样品评估实施例1中的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法的可行性，采用标准添加法，利用该比色检测方法检测实际样品中的目标物，进行回收率实验。
56.(1)采用实施例1的比色分析方法血清样品中肾上腺素的浓度，具体步骤为：将不同血清样品加10％高氯酸处理，去除血清中存在的蛋白质，经0.22μm膜过滤后，取上清液用吗啉乙磺酸缓冲溶液稀释，采用实施例1的比色检测方法测定待测溶液中的肾上腺素，测定结果列于表1中。样品中肾上腺素的加入浓度参照表1。
[0057][0058]
从表1中可以看出，本发明的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法在可测定的浓度范围内，回收率基本在93％～103.5％之间，测定结果理想，说明该比色检测方法具有检测实际样品可行性。
[0059]
抗干扰能力考察
[0060]
评估实施例1的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法的抗干扰能力，用实施例1中的比色检测方法对血清中常见的干扰物(尿酸、尿素、葡萄糖、果糖、k
+
、na
+
、ca
2+
、mg
2+
、谷氨酸、组氨酸、半胱氨酸)以更高浓度a进行吸光度测定，分别编号为blank、urea、ua、glu、fru、k
+
、na
+
、ca
2+
、mg
2+
、his、glut和cys，检测结果如图4所示。由图可知，本发明的基于活性材料用于肾上腺素的快速比色分析方法具有强抗干扰能力，加入其它干扰物吸光度几乎不发生变化，除了半胱氨酸，在实际检测过程中，可通过添加n-乙基马来酰亚胺掩蔽剂，屏蔽半胱氨酸的干扰。这说明本发明的比色检测方法具有良好的抗干扰能力。
[0061]
由上述检测结果表明，本发明的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法的抗干扰能力具有稳定性高、普适性强、高灵敏度等优点，并可用于人体体液肾上腺素检测，从而诊断人体健康。
[0062]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
技术特征：1.基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，其特征在于，所述mnco@c ncs为核壳结构，所述内核为mnco双金属氧化物，所述外壳为多孔碳壳c ncs，所述方法包括以下步骤：s1、mnco@c ncs活性材料的制备：s1.1、将乙酸锰、pvp分散在乙醇和水混合溶液中并搅拌，加入钴氰化钾水溶液，室温孵育，得到mnco前驱体；s1.2、将mnco金属有机配合物重新分散到水溶液中，然后加入多巴胺水溶液，室温反应，得到聚多巴胺涂层的mnco前驱体；s1.3、将上述所得聚多巴胺涂层的mnco前驱体进行高温热解，得到具有核壳结构的mnco双金属氧化物多孔碳活性材料，即mnco@c ncs；s2、将上述制备的mnco@c ncs活性材料分别加入到多个含有不同浓度儿茶酚胺的吗啉乙磺酸缓冲液样品中，得到混合体系，记录反应后各样品在485nm波长处的吸光度值a，得到儿茶酚胺浓度与吸光度值a的检测线性关系；s3、根据上述所得儿茶酚胺浓度与吸光度值a的检测线性关系，以及含儿茶酚胺的待测样品的吸光度值，得到待测样品中儿茶酚胺的浓度。2.根据权利要求1所述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，其特征在于，步骤s2中，当mnco@c ncs加入到不含儿茶酚胺的吗啉乙磺酸缓冲液，反应体系几乎无色；当加入含儿茶酚胺的待测样品时，反应体系发生显色反应，变为红色，由此定性检测待测样品中是否含有儿茶酚胺。3.根据权利要求1所述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，其特征在于，所述儿茶酚胺包括肾上腺素ep；所述ep浓度与吸光度值a的检测线性回归方程为：当2,4-dp浓度为0.54μm～109.2μm时，a＝0.0035c
ep
+0.0153
ꢀꢀꢀꢀ
(1)；当2,4-dp浓度为109.2μm～272.9μm时，a＝0.0005c
ep
+0.33
ꢀꢀꢀꢀ
(2)；式(1)、(2)中，a表示吸光度值，c
ep
为待测溶液中肾上腺素的浓度值，该浓度值对应的单位为μm，式(1)的相关系数r2＝0.991、式(2)的相关系数r2＝0.994，ep的检测线性范围为0.54μm～272.9μm，检测限为0.68μm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，其特征在于，步骤s1.1中，所述乙酸锰与pvp的质量比为1∶5～10，mn与co的摩尔比为1：1～3。5.根据权利要求1～3中任一项所述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，其特征在于，步骤s1.2中，所述多巴胺与mnco前驱体的质量比为1∶1～3。6.根据权利要求1～3中任一项所述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法，其特征在于，步骤s2中，所述反应时间3min～10min，所述吗啉乙磺酸的浓度为30mm～50mm。7.一种如权利要求1～4或5～7中任一项所述的基于mnco@c ncs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法在人体健康诊断医疗材料中的应用。
技术总结本发明公开了基于MnCo@C NCs活性材料快速比色分析儿茶酚胺的方法及其应用，属于比色传感技术领域。该方法包括先制备核壳结构的MnCo@C NCs活性材料材料，利用其高催化活性，将MnCo@C NCs加入到多个含有不同浓度儿茶酚胺的吗啉乙磺酸缓冲液样品中，进行反应，记录反应后各样品在485nm波长处的吸光度值A，得到儿茶酚胺浓度与吸光度值A的检测线性关系。根据检测线性关系以及含儿茶酚胺的待测样品的吸光度值，分析待测样品的儿茶酚胺的浓度。该比色检测方法具有成本低、操作简便、响应快速、灵敏度高等优点，并可应用于人体健康诊断。并可应用于人体健康诊断。并可应用于人体健康诊断。
技术研发人员：汤琳 朱旭 陈丽 卢雅婷
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2022.04.21
技术公布日：2022/7/5
