[发明专利]单原子钴纳米酶材料、柔性电化学芯片传感器及其应用

说明书

本发明属于生物传感技术领域，涉及一种单原子钴纳米酶材料、柔性电化学芯片传感器及其应用，所述单原子钴纳米酶材料以含钴化合物作为钴的前驱体，以碳纳米材料作为基底，通过化学键合作用合成得到；所述化学键合作用包括π‑π相互作用、酰胺键交联或共价键结合。本发明制得的单原子钴纳米酶材料可用于构建柔性电化学芯片传感器，原位实时检测活细胞及小鼠活体和器官释放的NO；此外，该传感器具备宽线性范围、低检测限、快速灵敏响应、良好的重现性、稳定性以及选择性，可以实现体内及体外NO的高灵敏检测。

技术领域

本发明属于生物传感技术领域，涉及一种单原子钴纳米酶材料、柔性电化学芯片传感器及其应用，具体可用于细胞及小鼠释放一氧化氮的原位检测。

背景技术

一氧化氮(NO)是自然界中具有氧化还原活性的关键生物分子，于1998年获得诺贝尔奖。它在从细菌到人类的几乎所有生命形式中都发挥着关键作用。NO是由一系列称为一氧化氮合酶(NOS)的酶催化L-精氨酸氧化为L-瓜氨酸产生的。根据产生位点和浓度以及生理环境差异，NO发挥着不同的功能。例如，在大脑中，正常浓度(纳摩尔)下，NO调节突触传递和神经元活动。然而，在较高浓度下(达到微摩尔)，NO可引起氧化应激引起的神经元损伤，发挥双刃剑的作用。因此，准确检测NO对细胞毒性的浓度阈值具有重要意义。然而，由于一氧化氮的半衰期短(6-10s)，浓度低(nM-μM)，且在生物系统中容易被氧和金属蛋白氧化，因此在复杂生物系统中对其进行精确监测仍是一个重大挑战。目前已经提出了多种捕获NO的技术，包括荧光传感器、电子自旋共振光谱、磁共振成像等，但这些技术实现深层组织和体内的无创、高时空分辨率检测的能力都有限。相比之下，电化学传感器具有灵敏度高、响应快、线性范围宽、检测限低的特点，能够保证NO的实时传感。目前，柔性印刷电化学传感器具有良好的监测性能和生物相容性，是一种很有前途的实时监测细胞或组织化学信号的工具。

喷墨打印由于材料利用率高、成本低、与柔性衬底相容性好、溶液参数多等特点，被认为是一种能选择性地大规模打印各种材料的最佳方法。丝网印刷可实现大批量，简单工艺的电极印刷，已被广泛使用在各个领域。单原子纳米酶(SAEs)由于其具有丰富的金属原子活性中心、可调电子结构、并可进一步调控反应物与反应中间体的吸附能而成为研究的前沿。在过渡金属催化剂中，钴基催化剂因其优良的生物相容性和高效的仿生催化活性而引起人们的广泛关注。因此，基于Co的单原子纳米酶在制造柔性打印电化学传感器方面具有很大的潜力，可用于体内和体外生物研究和临床诊断。

发明内容

本发明旨在提供一种单原子钴纳米酶材料、柔性电化学芯片传感器，不仅可用于细胞和动物器官水平上NO的原位检测，而且可在小鼠体内检测。

按照本发明的技术方案，所述单原子钴纳米酶材料，以含钴化合物作为钴的前驱体，以碳纳米材料作为基底，通过化学键合作用合成得到；所述化学键合作用包括π-π相互作用、酰胺键交联或共价键结合。

进一步的，所述含钴化合物为酞氰钴、醋酸钴或氯化钴。

进一步的，所述碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯、石墨炔或碳三氮四。

进一步的，所述含钴化合物与所述碳纳米材料的质量比为1：5-20，优选为1：10。

进一步的，采用π-π相互作用合成的操作如下：将碳纳米材料分散在有机有机中，加入含钴化合物，反应得到所述单原子钴纳米酶材料；

采用酰胺键交联合成的操作如下：将碳纳米材料与SOCl₂反应得到羧基酰氯化的碳材料，加入含钴化合物，反应得到所述单原子钴纳米酶材料；

共价键结合合成的操作如下：将含钴化合物分散在有机溶剂中，在酸性亚硝酸钠的作用下充分反应，加入碳纳米材料，调节pH至9-11，反应得到所述单原子钴纳米酶材料。

进一步的，所述有机溶剂选自乙醇、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、THF(四氢呋喃)等常用有机溶剂。