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ACS AMI:基于供体-受体共价有机框架结构的光响应型纳米氧化模拟酶设计及谷胱甘肽的可视化检测

天然酶是具有高催化活性和底物特异性的最有效的生物催化剂之一,在工业,医学和生物领域起着至关重要的作用。尽管如此,由于天然酶在非生理环境中的稳定性低、生产成本高以及储存困难,导致其在实际应用方面受到限制。与天然酶相比,纳米酶不仅表现出类似酶的催化特性,而且具有天然酶固有的优势(如低成本、高稳定性和大规模生产)。利用光作为外部刺激不仅可以调节纳米酶活性,而且在构建高效的生物传感系统方面发挥着关键作用。共价有机框架(COF)材料作为一类新兴的晶体材料,其π-共轭框架的延伸有利于吸收光,且大的孔隙率和高度有序的多孔有利于暴露更多的活性位点。已在生物医学传感、催化、光电和癌症诊断领域展现了良好的应用前景。


近期,福州大学林子俺研究员(点击查看介绍)课题组利用供体-受体COF作为光响应氧化酶模拟物,建立可视化检测平台,应用于复杂生物体系中痕量谷胱甘肽(GSH)的高灵敏检测。相关成果以发表在国际化学权威杂志ACS Appl. Mater. Interfaces 上。文章的第一作者为福州大学博士研究生李国荣

光响应型纳米酶传感器


本文使用富电子功能单元芘(Py)作为供体,与缺电子功能单元噻吩(TT)形成拓扑有序的供体-受体共价有机框架Py-TT COF(图1)。

图1. Py-TT COF 的合成与表征示意图


经过理论计算和实验验证,这种供体-受体Py-TT COF具有较窄带隙,可以显著提高可见光的吸收、促进光生电子-空穴对的分离和运输,进而表现出优异的光催化活性(图2)。

图2. Py-TT COF 的光催化性能


这种具有光响应性的Py-TT COF在有氧和光照下伴随着活性氧的产生,能氧化底物(TMB、OPD、ABTS)。与天然氧化酶不同,Py-TT COF具有易受光控制、稳定性高和重现性好等优点。于此,作者建立了基于这种供体-受体COF的GSH可视化检测方法,其检测限为0.225 μM,线性范围为0.4-60 μM(图3),显著优于近期报道的复合纳米酶。将该检测方法用于血清样品中GSH的检测,取得良好的分析结果,充分展现其在生物分析和疾病诊断方面的潜力。

图3. 比色法检测GSH


该研究工作得到了国家自然科学基金(21974021, 91843301,和22036001)的资助,在此表示感谢!


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Nanoscale Covalent Organic Frameworks with Donor-Acceptor Structure as Highly Efficient Light-Responsive Oxidase-Like Mimic for Colorimetric Detection of Glutathione

Guorong Li, Wende Ma, Yixin Yang, Chao Zhong, Huan Huang, Dan Ouyang, Yanting He, Wenchang Tian, Juan Lin, and Zian Lin*

ACS Appl. Mater. Interfaces2021, DOI: 10.1021/acsami.1c13997


导师介绍


林子俺 研究员/博导,福州大学食品安全与生物分析教育部重点实验室副主任,以第一作者或通讯作者在包括 J. Am. Chem, Soc., Adv. Mater., Mass Spectrom. Rev., Anal. Chem., ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Commun., J. Hazard. Mater., ACS Sustain. Chem. Eng.等国际权威刊物上发表SCI论文80 余篇,申请中国发明专利 17 项(已获授权 12 项)。


https://www.x-mol.com/groups/lin_zian 


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