點擊圖片可免費閱讀全文二維鈷金屬有機框架納米片氧化物納米酶用於生物分子檢測郭佳偉，楊鍾，秀麗，張立偉，郭偉博*，張健，丁龍華*
Guo, JW., Yang, ZW., Liu, XL. et al. 2D Co metal-organic framework nanosheet as an oxidase-like nanozyme for sensitive biomolecule monitoring. Rare Met. (2022).https://doi.org/10.1007/s12598-022-02179-8
天然酶在各種生物化學過程中發揮着重要作用，在生物技術和環境修複方面具有潛在的應用前景。然而，其相對較低的穩定性、較高的成本和儲存方面的困難限制了它們的實際應用。為了克服這些缺點，研究人員一直在開發具有酶活性的納米材料（納米酶），它們具有高度的穩定性、低成本、規模化、易於製備和催化效率高。這些優點使納米酶成為天然酶的最佳替代品。金屬有機框架（MOFs）由金屬離子和有機配體組成，是一類無機-有機混合結晶多孔材料。此外，MOFs可以通過溶劑熱法、微波輔助法、超聲波法和電化學法合成。由於其突出的優點，如高比表面積、優異的穩定性、靈活的納米級孔隙率和豐富的空間結構，使其在氣體分離、能量儲存、催化、傳感器、生物醫學成像等方面的應用引起了研究人員的興趣。此外，基於MOFs的材料也被作為納米酶進行探索。然而，通常有一些改性的MOFs和一些MOF衍生物表現出類氧化酶（OXD）活性，而原始的MOFs則表現出類過氧化物酶（POD）活性。到目前為止，只有少數原始MOFs具有類似OXD活性被報道。在這裡，我們用一種簡便的溶熱法合成了大量具有OXD活性的二維鈷金屬有機框架（Co-MOF）納米片，用於生物分子檢測。合成的Co-MOF納米片表現出較強的穩定性、較高的比表面積和更多的活性位點。這種具有優良的類氧化物活性的Co-MOF納米片在定量測定多巴胺（DA）和穀胱甘肽（GSH）方面表現出足夠的分析性能，具有更寬的動態傳感範圍和更低的檢測限（DA和GSH分別為0.24和0.067 μmol∙L-1）。這項工作擴展了2D-MOF結構在生物測定中的應用，為OXD類納米酶在生物測定中的應用帶來了新的見解。
1.採用一步溶劑熱法製備了2維的具有優異類氧化物酶活性的Co-MOF納米片。2.建立了一種基於Co-MOF納米片類氧化物酶活性的比色傳感器。
日前，濟南大學丁龍華副教授課題組在Rare Metals上發表了題為「2D Co metal-organic framework nanosheet as an oxidase-like nanozyme for sensitive biomolecule monitoring」的研究文章，通過一種簡便的溶熱法合成了大量具有OXD活性的二維鈷金屬有機框架（Co-MOF）納米片，用於生物分子檢測。Co-MOF納米片表現出較強的穩定性、較高的比表面積和較多的活性位點。Co-MOF納米酶可檢測較寬濃度範圍的多巴胺（DA）和穀胱甘肽（GSH），而且具有較低的檢測限（DA和GSH分別為0.24和0.067 μmol·L-1）。這項工作拓展了2D-MOF氧化物納米酶在生物分子檢測方面的應用。
圖1 Co-MOF的SEM（a,b）、TEM(c,d)和EDX元素分布（e）。圖1通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察所製備的Co-MOF的形態，由大量2D 納米片組成的3D花狀微結構（直徑約5 μm）組成。納米片的直徑約為0.5-1 μm。從透射電子顯微鏡（TEM）圖像觀察到的結果與來自SEM圖像的結果一致。此外，從高分辨率TEM（HRTEM）圖像中可以觀察到0.22 nm的層間距，屬於典型的Co-MOF結構。此外，Co-MOF 的能量色散光譜（EDX）圖證實了 Co、N、O 和 C 的存在。
圖2 （a）Co-MOF的XRD譜圖；（b）FTIR光譜；（c）N2吸附-解吸等溫線；（d）Co 2p、（e） O 1s和（f）N 1s的高分辨率XPS光譜。圖2的XRD和紅外分析結果表明了Co-MOF的結構。BET等溫吸附-解吸曲線顯示了其高的吸附量和大的比表面積。進一步的XPS表明了MOF中Co主要以2+和3+形式存在。
圖3 Co-MOF的OXD 活性：（a）TMB 在空氣飽和緩衝液中的 UV-Vis 吸收光譜，有或沒有 Co-MOF 或 Ni-MOF（插圖：數碼照片從左到右分別為 TMB、Co-MOF + TMB、和 Ni-MOF + TMB 溶液混合 10 分鐘後）；用（b）OPD或（c）ABTS替換底物時的UV-Vis吸收光譜，其他條件與（a）相同；在不同的（d）pH值和（e）溫度下，Co-MOF 存在下在 652 nm 處的吸光度；（f） TMB 在 Co-MOF 存在下在 N2、空氣飽和緩衝液和空氣吹掃中的 UV-Vis 吸收光譜（插圖：數碼照片從左到右分別為 N2、空氣飽和緩衝液和空氣吹掃預吹掃 30 分鐘，然後混合10分鐘）。圖3中利用多種底物證實了Co-MOF的OXD活性，其OXD活性大大優於用相同方式合成的Ni-MOF，並進一步進行了條件優化。接下來，證實了氧氣對酶活性的影響。
圖4 （a）用 Co-MOF (10 μg·mL-1 in PBS) 或 PBS 處理的 AA 的 UV-Vis 吸收光譜；（b） 不同濃度Co-MOF處理AA的UV-Vis吸收光譜；（c）用Co-MOF (60 μg·mL-1) 或 PBS處理3小時後ABDA的熒光發射光譜；（d）不同濃度Co-MOF處理3h後ABDA的熒光發射光譜；（e）用Co-MOF(50 μg·mL-1, 3h) 或 PBS處理的SOSG的熒光發射光譜；（f）用Co-MOF (50 μg·ml-1, 3h) 或 PBS處理的PTA的熒光發射光譜。圖4中為了進一步驗證Co-MOF的類氧化物酶活性，採用AA、ABDA、SOSG和PTA等與活性氧物質反應後有獨特吸收峰或熒光的指示劑，證實了其酶活性來源於1O2而不是•OH。
圖5 （a）oxTMB在不同GSH濃度下的UV-Vis吸收光譜；（b）652 nm處的吸光度與GSH濃度之間的線性關係；（c）oxTMB在不同DA濃度下的UV-Vis吸收光譜；（d）652 nm處的吸光度與DA 濃度之間的線性關係；（e）GSH和DA檢測的特異性分析：GSH、DA和其他氨基酸之間的吸光度差異；（f）oxTMB在存放不同時間Co-MOF作用下652 nm處的吸光度。圖5中利用了酶活性檢測生物分子GSH和DA，具有較寬的檢測範圍和更低的檢測限。並且對GSH和DA有着特異性選擇。此外合成的Co-MOF納米片有着十分穩定的結構，在10周的存儲後還保持着較強的酶活性。
1.用簡單的一步溶劑熱法製備了2維的Co-MOF納米片。2.合成的Co-MOF納米片表現出優異的類氧化物酶活性，實驗證實其活性氧自由基來源於單線態氧（1O2）。3.構建了DA和GSH的比色傳感器，DA和GSH的檢測限分別為0.24 和 0.067 μmol·L-1。
丁龍華，女，2015年畢業於浙江大學化學系獲博士學位，現任濟南大學化學化工學院副教授，碩士生導師。主要研究方向為：功能納米材料的設計製備及應用研究，包括生物傳感器的設計和構建（電分析、熒光分析、比色分析等）；模擬酶的設計製備及生物傳感、殺菌應用；基於有機、無機複合材料在電催化、電容器方面的應用；基於半導體複合材料在光/電催化方面的應用研究。先後主持國家自然科學基金青年項目和2項山東省自然科學基金項目。發表SCI學術論文30餘篇，擔任Journal of Pharmaceutical Analysis的青年編委。
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