本發(fā)明涉及納米生物材料，具體涉及一種用于cat檢測的熒光-比色雙模態(tài)納米探針與生物傳感器。

背景技術：

1、過氧化氫酶（cat）是一類廣泛分布于自然界動物、植物及微生物體內(nèi)的末端氧化酶。cat通過酶促反應將過氧化氫分解為水和氧氣，有效遏制生物體內(nèi)陰離子自由基向羥自由基的轉(zhuǎn)化，進而參與細胞代謝、信號傳導等多種生物過程，并在生物防御體系中扮演關鍵角色，保護細胞免受氧化應激損傷。然而，cat濃度的異常升高亦與一系列疾病息息相關，包括糖尿病、癌癥、心血管疾病、阿爾茨海默病以及由細菌污染引發(fā)的食源性疾病等，對生物體健康構(gòu)成威脅。因此，現(xiàn)在迫切地需要一種可以精確靈敏地檢測cat含量的方法。

2、當前，cat的測定方法包括化學發(fā)光法、熒光分析法、分光光度法、電化學法，但這些方法存在測量周期長、操作復雜、靈敏度不足等問題。熒光比色信號輸出分析在cat檢測中展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)點，這種方法結(jié)合了熒光法的高靈敏度、高信噪比和快速響應特性以及比色法的直觀性和方便性，從而實現(xiàn)了對cat的準確、快速且直觀的檢測。在白天，檢測人員可以通過溶液肉眼可見的顏色變化來初步判斷cat的存在；而在夜晚或光線較暗的環(huán)境中，則可以通過紫外光的輔助照射，利用熒光強度的變化來進一步精確確認待檢測樣品中cat的活性。這種雙模態(tài)的檢測方式不僅提高了檢測的準確性，還大大拓展了其應用場景，使得環(huán)境檢測工作更加高效和便捷。然而，傳統(tǒng)的熒光分析通常使用短波長光激發(fā)熒光物質(zhì)，這往往會產(chǎn)生較強的背景熒光，干擾目標信號的檢測，從而影響檢測的準確性和靈敏度。

3、上轉(zhuǎn)換納米粒子（ucnps）作為一種新型的稀土發(fā)光材料具有發(fā)射帶窄、毒性低、化學穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在生物成像、藥物輸送與釋放、檢測等領域展現(xiàn)出廣泛的應用前景。在cat檢測中，ucnps具有顯著的優(yōu)勢。ucnps能夠?qū)㈤L波長近紅外光轉(zhuǎn)換成短波長紫外或可見光，避免了傳統(tǒng)熒光分析中短波長激發(fā)產(chǎn)生的背景熒光干擾，從而提高了檢測的準確性和靈敏度。目前，尚未有基于ucnps的熒光法-比色法協(xié)同信號輸出用于檢測cat活性的報道。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種基于ucnps的熒光-比色雙模態(tài)納米探針，并將該探針應用于體液中cat活性的檢測，具有信噪比高、選擇性好、靈敏度高、可視化快速檢測等特點。

2、本發(fā)明首先通過特定的方法制備ucnps，然后利用過氧化氫、亞鐵離子、中性紅與ucnps的相互作用，構(gòu)建成熒光-比色雙模態(tài)納米探針。其中，ucnps作為發(fā)光團，能夠?qū)㈤L波長近紅外光轉(zhuǎn)換成短波長可見光，避免了傳統(tǒng)熒光分析中背景熒光的干擾。過氧化氫與亞鐵離子參與的芬頓反應會導致中性紅褪色，同時使上轉(zhuǎn)換熒光信號恢復，而cat能夠分解過氧化氫，從而阻止這一反應的發(fā)生，使中性紅吸光度和上轉(zhuǎn)換熒光信號保持不變。在熒光模式下，通過測量上轉(zhuǎn)換熒光信號的猝滅程度來反映cat的活性；在比色模式下，則通過觀察中性紅的褪色程度來進行cat活性的檢測。這種雙模態(tài)檢測方法不僅提高了檢測的準確性和靈敏度，還實現(xiàn)了cat活性的可視化快速檢測。

3、本發(fā)明所要解決的技術問題采用以下的技術方案來實現(xiàn)：

4、本發(fā)明的第一個目的是提供一種熒光-比色雙模態(tài)納米探針，所述熒光-比色雙模態(tài)納米探針包括ucnps、過氧化氫、亞鐵離子和中性紅。

5、在本發(fā)明中，過氧化氫參與了芬頓反應，導致中性紅的褪色以及ucnps熒光信號的恢復，這一過程為cat活性的檢測提供了直觀的信號變化；亞鐵離子作為芬頓反應的催化劑，促進劑過氧化氫與中性紅之間的反應，從而實現(xiàn)了對cat活性的靈敏檢測。亞鐵離子的濃度和存在狀態(tài)對于反應速率和信號強度具有重要影響；中性紅作為一種偶氮染料，在綠色可見光區(qū)域具有特征吸收，與ucnps的綠色發(fā)射光重疊，導致綠色發(fā)光的猝滅。然而，在芬頓反應的作用下，中性紅褪色，消除了對綠色發(fā)射光的猝滅作用，使得綠色發(fā)光得以恢復。這一過程不僅為熒光模式下的cat活性檢測提供了信號變化，還通過比色模式實現(xiàn)了對cat活性的可視化檢測。

6、本發(fā)明的第二個目的是提供一種生物傳感器，包括所述熒光-比色雙模態(tài)納米探針。

7、本發(fā)明的第三個目的是提供所述熒光-比色雙模態(tài)納米探針或生物傳感器在cat檢測中的應用。

8、如圖1所示，在980?nm激光的激發(fā)下，ucnps展現(xiàn)出540?nm和655?nm的發(fā)射峰。中性紅是一種偶氮染料，在綠色可見光區(qū)域具有特征吸收，與ucnps綠色發(fā)射光重疊，導致綠色發(fā)光的猝滅，而655?nm處的發(fā)光則保持不受影響。因此，整體呈現(xiàn)出紅色ucl。在二價亞鐵離子存在的情況下，過氧化氫與其發(fā)生芬頓反應，導致中性紅褪色，從而消除了對綠色發(fā)射光的猝滅，使得綠色發(fā)光得以恢復。若在芬頓反應體系中引入cat，過氧化氫將被分解，阻止芬頓反應的發(fā)生，保持綠色發(fā)光的猝滅狀態(tài)。因此，通過上轉(zhuǎn)換綠色發(fā)射的強度可構(gòu)建發(fā)光模態(tài)檢測cat活性。同時，中性紅染料的褪色反應有利于通過比色模態(tài)檢測cat活性，從而形成對cat活性的發(fā)光-比色雙信號輸出響應。這種雙重響應不僅提高了檢測的靈敏度和準確性，還使得檢測過程更加直觀和便捷。

9、本發(fā)明以紅色熒光作為參考信號，制備得到一種比率型熒光探針，檢測結(jié)果更加可靠。圖2a闡釋了本發(fā)明所述ucnps的發(fā)光機制，上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程來源于yb3+和er3+之間的能量傳遞上轉(zhuǎn)換過程。離子在光譜中展現(xiàn)的540?nm和655?nm發(fā)射峰，分別對應于其激發(fā)態(tài)（4s3/2和4f9/2能級）向基態(tài)（4i15/2能級）的能量躍遷。圖2b從光譜學角度展示了本發(fā)明所述納米探針對cat活性檢測的合理性。中性紅在525?nm處具有特征吸收，而上轉(zhuǎn)換綠色發(fā)射位于540?nm，因此，中性紅的吸收光譜和上轉(zhuǎn)換綠色發(fā)射光譜具有良好重疊，容易導致上轉(zhuǎn)換發(fā)射猝滅。由于中性紅沒有特意修飾于ucnps表面，這種猝滅機制應當歸因于內(nèi)濾效應。在芬頓反應下，中性紅褪色，而綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)射不受影響。在加入cat后，過氧化氫被分解，導致中性紅保持對綠色上轉(zhuǎn)換的猝滅效果。在該過程中，655?nm處的紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)射峰保持不變。據(jù)此，綠色ucl被選定為檢測用的發(fā)光信號，而紅色發(fā)射則充當參照信號，共同構(gòu)成了一個比率型探針。因此本發(fā)明制備的比率型光學探針具有自校準和抗干擾的優(yōu)點，可實現(xiàn)更準確、更可靠地cat活性檢測。

10、本發(fā)明的有益效果是：

11、1、本發(fā)明將ucnps應用于cat的檢測中，憑借其獨特的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性即長波長近紅外光轉(zhuǎn)換為短波長可見光的能力，有效避免了生物背景熒光的干擾，顯著提升了cat檢測的靈敏度和準確性。這種應用不僅拓展了ucnps在生物檢測領域的使用范圍，還為實現(xiàn)高效、特異的cat檢測提供了新的技術路徑。

12、2、本發(fā)明創(chuàng)造性地設計了一種結(jié)合熒光法與比色法的雙模態(tài)檢測探針，該探針通過芬頓反應與cat的酶解作用，實現(xiàn)了cat濃度的可視化與量化檢測。熒光模式下，檢測限低至0.051?mu/ml，而在比色模式下其檢測限也達到了1.32?mu/ml，展現(xiàn)了極高的檢測靈敏度。此外，雙模態(tài)檢測方法的運用進一步增強了檢測的可靠性與抗干擾能力，為生物標志物的現(xiàn)場快速可視化檢測開辟了新的可能性。