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夏之宁、付琦峰团队Anal. Chem.:基于金属有机骨架固定化酶微反应器的毛细管电色谱在线酶分析

酶分析对于研究酶介导的生化反应、临床诊断和药物开发非常重要。基于固定化酶微反应器(IMER)的毛细管电泳(CE)在线酶分析是一类重要的酶分析方法,然而其通常存在酶负载量较小、催化活性较低以及酶可重复利用性较差等问题。金属有机骨架(MOFs)因其具有优异的孔隙率、极大的比表面积和可控的表面性质等优势,其不仅可作为固定相用于色谱分离,还可作为载体材料用于酶的固定,在CE酶分析领域具有极大的应用潜力。然而,目前尚未有将MOFs同时作为高性能IMER载体材料以及高效电色谱固定相的相关研究。


重庆大学药学院夏之宁教授(点击查看介绍)及西南医科大学药学院付琦峰副研究员(点击查看介绍)课题组基于以上背景,首次探索制备了具有优异酶固定化性能和电色谱分离能力的MOFs涂层毛细管柱,进一步构建了一体化MOFs-IMERs-CEC微分析系统用于高效在线酶分析(图1)。

图1. UiO-66-NH2-IMER的制备流程。图片来源:Anal. Chem.


作为概念验证,首先采用固定化半胱氨酸诱导原位生长(ICISG)方法制备出致密生长的UiO-66-NH2涂层毛细管柱,再以乙酰胆碱酯酶(AChE)为模型酶,通过物理吸附固定于UiO-66-NH2涂层柱头处的MOFs晶体上,最终制备出UiO-66-NH2-IMER,用于CEC在线酶分析。通过对中性、酸性和碱性三种类型化合物的高效分离证明了UiO-66-NH2改性CEC柱的优异分离性能。通过SEM、氮气吸脱附、EDS、XPS等测试确证了所制备的UiO-66-NH2涂层除了具备固有的微孔结构之外,还存在丰富的晶间孔隙结构(图2),其对AChE的负载能力也获得了显著提升。

图2. (A) 未涂层柱;(B) UiO-66-NH2涂层柱;(C) UiO-66-NH2-IMER的SEM图片。图片来源:Anal. Chem.


与戊二醛共价键合方法构建的IMER-CE方法相比,UiO-66-NH2-IMERs-CEC酶分析系统的酶负载量、稳定性、重复性以及对底物的亲和力都获得显著增强。此外,本研究已将该方法成功用于几种豆科蔬菜中有机磷农药(OP)的检测,表明其在实际样品分析中具有巨大的应用潜力。本研究不仅发展了具有优异分离和酶催化性能的新型CEC集成式IMER,而且在生物分析和生物传感领域具有巨大的应用潜力。

图3. 三类分析物在裸毛细管和UiO-66-NH2涂层柱上的电色谱图。A、氯苯;B、生物碱;C、非甾体抗炎药。图片来源:Anal. Chem.


图4. UiO-66-NH2-IMER的酶动力学研究。A、孵育时间对产物峰面积的影响;B、底物浓度对产物峰面积的影响(a、UiO-66-NH2-IMER;b、GA交联IMER)。图片来源:Anal. Chem.


这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章通讯作者是重庆大学药学院的夏之宁教授和西南医科大学药学院的付琦峰副研究员。该研究得到了国家自然科学基金(21804113,21974015,22074126)的资助。


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):

Metal−Organic Frameworks-Based Immobilized Enzyme Microreactors Integrated with Capillary Electrochromatography for High-Efficiency Enzyme Assay

Rui Liu#, Gaoyi Yi#, Baian Ji#, Xiuqiong Liu, Yuanqi Gui, Zhining Xia*, Qifeng Fu*

Anal. Chem.202294, 6540–6547, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c05586


导师介绍

夏之宁

http://sps.cqu.edu.cn/info/1051/1042.htm 

https://www.x-mol.com/university/faculty/18633 

付琦峰

http://yxy.swmu.edu.cn/info/1033/1592.htm 

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


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