基于分层花瓣MOF纳米结构和酶催化的生物传感器及其分析应用

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金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOF)复合物具有独特的性质,如孔径尺寸可调、骨架结构稳定、比表面积大等,是一种用途广泛的功能材料。MOF导电能力和水溶性并不十分优越,影响了在电化学生物传感器方面的深入应用。MOF与其它纳米材料有效结合,可弥补单一材料性能不足,发挥各种材料优势,使MOF复合物在电化学生物传感器领域具有广阔的应用前景。本文基于电化学纳米生物传感器制备与应用,采用MOF与其它纳米材料复合,构建了新型电化学生物传感器,用于肿瘤标志物应激诱导磷蛋白1和尿酸的高灵敏检测。具体研究内容如下:一、通过溶剂热反应制备3D分层花状表层结构的Mn掺杂Ni基金属有机骨架(Mn-MOF)复合物。Mn-MOF与2D黑磷纳米片(BPNSs)组装制备2D/3D BPNSs/Mn-MOF纳米复合材料,滴涂于玻碳电极(GCE)表面,将亚甲基蓝(MB)标记DNA适体偶联在GCE表面纳米复合材料上,构建适体/BPNSs/Mn-MOF/GCE传感平台,用于精准捕获和检测应激诱导磷蛋白1(STIP1)。实验结果表明,Mn掺杂可诱导花状3D MOF及与BPNSs组装体分层花瓣生长。测量电化学曲线研究具有各种组分的GCE表面修饰结构,对产物形貌,微观结构和光谱进行表征,并评估电化学测量的最佳条件。适体/BPNSs/Mn-MOF/GCE发展成一种新颖的电化学适体传感器,具有多种优势,包括不同组分的协同效应,分层3D Mn-MOF多孔表层结构和特定适体用于目标识别。该传感器具备对STIP1检测的高选择性和灵敏性,抗干扰能力强,STIP1浓度检测范围为2×10-3~1×10~4 ng m L-1,检测限达1 pg m L-1。二、采用一锅沉淀法制备花瓣状3D MOF。负载尿酸氧化酶(UOx)进入类沸石型金属有机骨架(MOF)中,掺杂空心金纳米笼(Au NC)形成MOF酶复合物,即UOx@MOF(Au NC)杂化物。该杂化物具有人工纳米酶特征,可作为新颖的双通道生物传感平台,用于荧光(FL)和电化学双模式检测尿酸(UA)。在FL生物传感中,UA引起杂化物发生酶催化串联反应和氧化反应引起FL猝灭。UA浓度检测范围是0.1–10μM和10–300μM,检测限(LOD)为20 n M。在电化学生物传感中,杂化物滴涂在GCE表面构建杂化物/GCE平台。基于UA电化学氧化还原反应,线性检测UA的浓度范围为0.05–55μM,LOD为15 n M。实验结果表明,基于该杂化物的双通道生物传感平台能选择性和敏感性响应UA,干扰物的影响甚微。在样品检测中,该生物传感平台显示出优异的UA检测能力,预示其优越的可行性和实用性。实验制备的花瓣状3D MOF杂化物可扩展到其它氧化酶和过氧化物酶,与电化学生物传感有效地结合,实现基于酶催化的FL和电化学双通道生物传感。
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