南京大学魏辉教授课题组：基于MOF结构的纳米模拟酶用于细胞中谷胱甘肽检测

纳米模拟酶 (nanozyme) 是具有类似某些天然酶催化活性的纳米材料。与天然酶相比，纳米酶具有一些优异的特性，例如：催化性能相对稳定、成本低廉易于大规模制备、催化活性易于设计调控等。近几十年，随着纳米技术的飞速发展，这类人工模拟酶也逐渐在生物传感、生物医学、环境保护等领域中展现其重要的应用价值，吸引众多科研人员的研究兴趣。

金属有机骨架 (Metal-Organic-Frameworks, MOFs) 化合物是近二十年来迅猛发展的一类具有晶体结构的多孔化合物。它们往往通过不同的金属离子或金属团簇与有机配体之间的配位作用形成具有规则拓扑结构的无限网络骨架。由于MOFs结构中的金属离子和有机配体以及孔道都具有高度的可设计调控性，因此MOFs材料在催化领域中具有广阔的应用前景。

南京大学魏辉教授（点击查看介绍）课题组近几年来在基于MOF材料的纳米酶研究中取得了一系列的重要进展，如研究人员借鉴细胞中酶的限域反应，提出集成化纳米酶概念，将葡萄糖氧化酶和血红素包埋在ZIF-8中构筑集成化纳米酶检测平台，成功实现对活鼠脑内葡萄糖变化的实时检测 (Anal. Chem., 2016, 88, 5489)；此外，通过在MIL-101中包埋Au纳米颗粒构筑具有SERS及催化活性的双功能纳米酶，实现对活鼠脑部缓解缺血损伤药物的疗效评估 (ACS Nano, 2017, 11, 5558.)；最近，基于血红素卟啉的衍生物来合成的二维MOF纳米片作为类过氧化物酶模拟物，不仅成功实现对活体大鼠的肝素代谢进行监测 (Anal. Chem., 2017, 89, 11552.)，还可以用来实时监测天然酶水解磷酸根的过程 (Anal. Chem., 2018, 90, 9983.)。

图1. 基于光敏MOF氧化物酶活性的GSH检测

基于以上研究背景。近日，该团队通过简单的溶剂热法，将联吡啶钌衍生物和硝酸锌进行配位，合成出棒状的光敏MOF纳米材料（图1）。该MOF材料在光照条件下表现出很强的类氧化酶催化活性。同以往的光敏型类氧化酶模拟物相比，这一光敏MOF结构中引入了大量的可见光吸收配体（联吡啶钌），因此具有更优异的光吸收功能。研究人员通过对光照时间、光源、波长、pH的筛选优化了催化反应的条件。为进一步研究反应机理，研究人员利用电子顺磁共振波普仪（ESR）确定了催化反应中的活性中间体主要为羟基自由基。在以往的研究报道中，谷胱甘肽 (GSH) 是一种生命体中重要的具有还原性的物质，其含量的高低和许多疾病甚至癌症都有着重要的关系，因此对生命体中GSH含量的检测具有重要意义。研究人员发现，利用这一光敏MOF的光响应型类氧化酶活性，可以实现对细胞中的GSH进行高灵敏度和高选择性的检测，其结果同商品化的GSH试剂盒检测结果基本一致。

这一研究不仅丰富了用MOFs结构来调控类酶催化活性的方法，还可以进一步应用到重要生命物质的检测中。该研究工作发表在近期的Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为南京大学现代工程与应用科学学院魏辉教授课题组2017级博士生刘雨风。

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Light-Responsive Metal-Organic-Framework as an Oxidase Mimic for Cellular Glutathione Detection

Yufeng Liu, Min Zhou, Wen Cao, Xiaoyu Wang, Quan Wang, Sirong Li, Hui Wei

Anal. Chem., 2019, 91, 8170−8175, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b00512

魏辉博士简介

魏辉，教授、博士生导师、英国皇家化学会会士（Fellow of the Royal Society of Chemistry）、国家海外高层次人才计划入选者、国家自然科学基金优秀青年基金项目获得者。本科毕业于南京大学化学系，师从夏兴华教授。博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室，师从汪尔康院。之后分别在UIUC和Emory大学从事博士后研究工作。2013年加入南京大学现代工程与应用科学学院。

自开展研究工作以来，在Nature Nanotechnology、Nature Communications、ACS Nano、Chemical Society Reviews、Analytical Chemistry、Chemical Science等国际学术期刊上发表70余篇研究论文，论文被引用5500余次，H-指数为35。目前，研究工作集中在生物纳米功能材料（纳米酶）、生物纳米医学、生物分析与传感等方面。

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魏辉

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