Biosens. Bioelectron. | 一石三鸟COF纳米酶：自报告、自校正和光响应荧光传感3-硝基酪氨酸

以下文章来源于纳米酶 Nanozymes ，作者纳米酶 Nanozymes

课题背景

氧化还原型纳米酶因其诱人的特点而被广泛应用于化学传感体系的建立。然而，显色探针的使用使其容易受到样品中共存还原性物质的干扰，并且在类过氧化物酶体系中通常涉及不稳定且具破坏性的H2O2。另外，大多数类过氧化物酶兼具类氧化酶活性，通过O2直接催化显色探针氧化也容易带来背景干扰问题。近年来，基于光响应型纳米酶的化学传感领域快速发展。光响应型纳米酶催化具有时空可控等优点，这无疑可以很好地解决背景干扰带来的问题。同时，光响应型氧化酶可以利用光激活的溶解氧产生相应的ROS，不仅可以避免H2O2的使用，也可以避免还原性物质带来的干扰。尽管如此，在基于光响应纳米酶传感系统中通常需要使用信号探针，如何设计免标记传感系统以从根本上解决还原性物质带来的干扰问题仍然是值得期待的。

在众多的光响应型纳米酶中，COF(共价-有机框架)因其比表面积大、稳定性高、孔隙结构规则、尤其是易于设计和功能化等独特的结构性质，在化学传感领域中展示出了巨大的应用价值。基于上述考虑，广西师范大学叶芳贵教授课题组设想通过构筑集成自报告(避免使用额外的信号探针)、自校正(避免共存还原性物质的干扰)和光响应(避免背景的干扰)的一石三鸟COF纳米酶来实现量身定制的传感应用。在该工作中，选择3-硝基酪氨酸(3-NT)生物标志物作为模型分析对象，三醛基间苯三酚(Tp)和3,6-二氨基吖啶(DA)作为COF的构筑单体。基于TpDA COF优异的荧光和光响应纳米酶性质，实现对3-NT的免标记荧光传感(图1)。

图1. TpDA COF纳米酶的设计合成及其用于免标记荧光传感3-NT

文章内容

首先利用多种分析测试手段对合成的TpDA COF进行了详尽表征。实验结果表明通过席夫碱缩合反应成功合成了TpDA材料。值得注意的是，TpDA纳米酶的高比表面积(183.62 m2/g)有益于其在反应过程中充分暴露催化位点(图2)。

图2. TpDA COF材料的表征

接下来对TpDA的光学性质进行了探究。TpDA表现出从紫外到近红外区域宽的光学吸收，这为TpDA优异的光催化性能奠定了基础。相应地，可以计算得到TpDA的带隙，再根据M-S曲线，可以推断出TpDA的价带结构。结合自由基猝灭实验，推断TpDA可能的光催化机制：CB上的光生e-可以将吸附在TpDA上的O2还原成•O2-，而产生的•O2-则与光生h+反应生成1O2(图3)。

图3. TpDA COF的光响应纳米酶催化性质

最后考察了TpDA对3-NT的荧光响应性能。在光照条件下，随着3-NT浓度的增加，TpDA的荧光强度呈现出逐渐减弱的趋势，相应地，荧光猝灭值(F0-F)逐渐增大，该值与0.05-80 μM浓度下的3-NT呈现良好的线性关系，检测限低至0.011 μM。另外，对分析方法选择性进行了考察。结果表明，实际血清样品中的一些共存物质(包括糖类，氨基酸，还原性物质以及离子等)对TpDA的荧光影响小，这意味着，TpDA可以作为有效的荧光信号探针实现对3-NT的选择性监测(图4)。

图4. TpDA COF对3-NT的荧光传感性能

总结

总之，基于TpDA COF优异的荧光和光响应氧化模拟酶性质，设计合成了一石三鸟COF纳米酶，构建集成自报告、自校正、和光响应的传感平台并实现对3-NT标志物的免标记荧光检测。一方面，光催化过程中产生的ROS可引起3-NT的有效氧化，基于荧光内滤效应，TpDA的荧光被3-NT氧化产物极大地猝灭，最终实现了对3-NT的高选择性和高灵敏度免标记荧光检测。另一方面，持续不断产生的ROS可以消除实际样品中共存的还原性物质的干扰，实现自我校正功能从而提高分析方法的可靠度。该工作不仅为避免传统氧化还原型纳米酶传感体系中背景和还原性物质的干扰提供了新方法，也为理性设计多功能COF纳米酶传感器提供了新策略。

该工作以“Three-in-one covalent organic framework nanozyme: Self-reporting, self-correcting and light-responsive for fluorescence sensing 3-nitrotyrosine”为题发表于Biosensors and Bioelectronics。论文第一作者为广西师范大学化学与药学学院博士生梁玲，通讯作者为叶芳贵教授。

转自：“NANO学术”微信公众号

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