基于PCN-224的双酶活性荧光纳米酶用于重金属离子检测及其环境与健康应用

本研究创新性地开发了基于PCN-224的荧光纳米酶，兼具磷酸酶（PPA）和过氧化物酶（POD）模拟活性，实现了对Cd(II)、As(V)和Pb(II)的高灵敏度比率荧光检测。通过构建CeO2/PCN-224复合材料，进一步拓展了多重酶促反应与荧光信号输出的协同传感机制，为环境重金属污染监测提供了新策略。

　　

Highlights

• 首次发现PCN-224具有内在磷酸酶（PPA）模拟活性。

• 基于Cd(II)增强的PPA活性和荧光猝灭效应，开发了比率型Cd(II)荧光探针。

• 创新构建了CeO₂/PCN-224复合材料，整合了CeO₂的多酶活性和PCN-224的荧光特性。

• As(V)通过特异性As?O?Ce结合抑制4-MUP水解，实现0.5–70 μM线性检测。

• Pb(II)协同增强POD样活性（O₂^•?生成）并通过静态/动态猝灭调控荧光，建立双比率信号（I_{565 nm}/I_{650 nm}）检测体系。

Chemicals and reagents

实验所用仪器与试剂详见补充材料。

Synthesis of PCN-224 and CeO₂/PCN-224

PCN-224的合成参照改进文献方法：将ZrOCl₂·8H₂O、TCPP和苯甲酸溶于DMF，90°C搅拌反应5小时，离心洗涤后获得紫色固体。CeO₂/PCN-224通过水热法合成：将PCN-224分散于Ce(NO₃)₃·6H₂O溶液中，加入尿素后160°C反应12小时，经离心干燥得到复合纳米材料。

Characterization of PCN-224 and CeO₂/PCN-224

扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）显示：PCN-224为均匀分散的球形颗粒，而CeO₂/PCN-224呈聚集态球形结构，且平均粒径显著减小。X射线衍射（XRD）图谱证实PCN-224的成功合成与CeO₂的负载。X射线光电子能谱（XPS）进一步验证了Zr、Ce、O等元素的存在及价态分布。

Conclusion

本研究首次揭示了PCN-224的PPA模拟活性，并基于此开发了Cd(II)比率荧光传感器。通过构建CeO₂/PCN-224复合材料，实现了对As(V)和Pb(II)的双重检测机制：As(V)通过特异性吸附抑制酶活性，Pb(II)则同步增强POD活性和荧光猝灭效应。该策略为环境重金属监测提供了高灵敏度、多靶点检测平台。