研究院牛湘衡等在多功能MOF纳米酶开发与分析检测应用方面取得进展

作者: 时间:2020-08-25 点击数:

Metalorganic frameworksMOFs)材料具有独特的孔结构和大比表面积,被广泛用于分离、催化和生物医学。某些MOFs中含有变价金属,使得其具有类酶催化活性,在分析检测、生物医学、环境工程等领域应用前景广阔。近期,研究院牛湘衡等在MOF纳米酶前期研究基础上(J. Mater. Chem. B, 2019, 7, 4794-4800; J. Mater. Chem. B, 2019, 7, 5834-5841; Anal. Chim. Acta, 2020, 1121, 26-34),设计了多功能MOF纳米酶,实现了对磷酸根的高性能分析检测。

磷酸盐(Pi)广泛存在于自然水体中,在微生物营养供给方面起着重要作用。然后,过量的磷酸盐会导致水体富营养化,产生‘水华现象’。围绕磷酸盐的检测,设计了一种部分氧化的铈锆双金属MOF材料(Oxidized UiO-66(Ce/Zr)),其中Zr节点能与磷酸根特异性作用,而Ce节点能提供较好的类氧化酶催化活性。进而发现磷酸盐会对该材料催化不同显色反应产生差异性影响。基于此发现,构建了一种双通道的比率比色型传感方法,实现了对磷酸盐的高性能检测(如下图)。相关结果发表在Sens. Actuators B Chem.期刊上(Sens. Actuators B Chem., 2020, 321, 128546)。

另一方面,设计了一种多功能铁锆双金属MOF材料(UiO-66(Fe/Zr)-NH2)。该材料具有三种功能:Zr节点的存在使得该MOF材料能特异性识别磷酸根,NH2-BDC作为有机配体可赋予该MOF材料自发荧光,Fe节点的存在使得其具有类过氧化物酶活性,可催化OPD的氧化产生带荧光的OPDox。有趣的是,产生的OPDoxMOF材料存在荧光内滤效应(Inner filter effect),导致两者的荧光相互影响。借助此多功能MOF纳米酶,实现了对磷酸根的高性能比率荧光分析(如下图)。相关结果发表在Nanoscale期刊上(Nanoscale, 2020, DOI: 10.1039/D0NR04531D)。

此外,与华盛顿州立大学林跃河教授课题组合作,应邀在Chem. Commun.期刊上发表题为“Metal–organic frameworks based nanozymes: Promising materials for biochemical analysis”的Feature Article文章(Chem. Commun., 2020, DOI: 10.1039/D0CC04890A),系统总结了MOF纳米酶的设计及其在生化分析中的应用,并对其发展趋势进行了展望。

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