一种基于缺失连接剂金属有机框架过氧化物酶纳米酶的双模式传感平台，用于特异性检测草甘膦

《Microchemical Journal》：A dual-mode sensing platform for specific detection of glyphosate based on missing-linker metal-organic framework peroxidase nanozyme

开发了基于缺失连接符的金属有机框架纳米酶NH?-CuBDC@Fc的双模式检测平台，通过引入铁氰基羧酸实现农药草甘膦的特异性识别与酶活性调控，分别达到35.53 ng/mL和8.58 ng/mL的低检测限。

　　

刘淑丽|杜婷|周金涛|李志贤|熊军|吴晓玲|娄文勇

华南理工大学食品科学与工程学院应用生物催化实验室，中国广东省广州市五山路381号，510640

摘要

由于农药对环境安全和人类健康的威胁，开发一种精确、简单且快速的检测平台具有重要意义。然而，现有的基于纳米酶的策略（依赖于乙酰胆碱酯酶（AChE）的抑制作用）通常缺乏特异性。本文制备了一种基于缺失连接体金属有机框架纳米酶NH₂-CuBDC@Fc的双模式传感器，用于特异性检测有机磷农药草甘膦（GLP）。通过竞争性配位策略，将铁茂羧酸（Fc-COOH）引入原始MOFs NH₂-CuBDC中，赋予了NH₂-CuBDC@Fc可调的活性。NH₂-CuBDC@Fc表现出优异的过氧化物酶模拟催化活性和荧光特性，使其能够以35.53 ng/mL^?1和8.58 ng/mL^?1的检出限实现对GLP的比色和荧光检测。该双模式传感器在真实样品中表现出优异的灵敏度、选择性、可靠性和适应性，是实际应用中检测农药的有前景的工具。

引言

草甘膦（GLP）是一种全球广泛使用的广谱有机磷除草剂，对植物生长具有调节作用。然而，过量的GLP残留物会通过水生生态系统在人体内积累，对健康构成严重威胁[1]。迄今为止，基于色谱法的方法被广泛用于检测GLP[2][3][4]。尽管这些方法准确且灵敏，但它们依赖于昂贵的仪器、专业技术人员和繁琐的操作流程，限制了其在专业实验室中的应用。因此，建立一种用于快速现场筛查的GLP残留物检测平台是非常必要的。

近年来，比色法因操作简单、成本低和结果直观而受到广泛关注，被开发用于农药检测[5]。纳米酶（定义为具有酶样活性的纳米材料[5]）因其高稳定性、易于制备和多样的催化特性[10][11][12]，被认为是比色传感中的有力工具[6][7][8][9]。在各种纳米酶中，金属有机框架（MOFs）因其组成多样性、灵活性和功能性[13][14][15]而越来越受欢迎。然而，现有的纳米酶检测原理基于纳米酶的间接活性抑制，即通过乙酰胆碱酯酶（AChE）和纳米酶的级联反应来分析有机磷农药[16][17][18][19][20][21]。不幸的是，这些检测方法仍然复杂且有限，因为需要使用性质脆弱的天然酶，并且AChE的抑制作用可能由多种有机磷农药和氨基甲酸酯引发，导致缺乏特异性。因此，设计简单且特异的农药分析方法具有重要意义。

在本研究中，我们开发了一种缺陷型MOFs纳米酶NH₂-CuBDC@Fc，用于特异性检测GLP。通过可控的竞争性配位策略，将铁茂羧酸（Fc-COOH）引入NH₂-CuBDC中，赋予了NH₂-CuBDC@Fc增强的过氧化物酶（POD）样活性。此外，Fc-COOH的引入使NH₂-CuBDC@Fc能够特异性识别GLP，从而抑制POD样活性，导致吸光度和荧光信号降低。这种双模式传感器可用于GLP的检测。

材料与试剂

硝酸铜三水合物（CuNO₃·3H₂O）、2-氨基对苯二甲酸（NH₂-BDC）、铁茂羧酸（Fc-COOH）、1,1′-铁茂二羧酸（Fc(COOH)₂、p-硝基苯甲酸（PNBA）、p-羧基苯甲醛（PCBA）、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）和o-苯二胺（OPD）购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（上海，中国）。N, N-二甲基甲酰胺（DMF）和甲醇购自天津富宇精细化工有限公司（天津，中国）。辣根过氧化物酶（HRP）...

MOFs纳米酶的合成与表征

首先，按照我们之前的工作[19]制备了NH₂-CuBDC，并已验证和研究了其过氧化物酶样催化活性和内在荧光特性。在本研究中，通过溶剂热法将四种二级配体（Fc-COOH、Fc(COOH)₂、PNBA和PCBA）（图S1）引入NH₂-CuBDC中，分别制备了双配体MOFs，记为NH₂-CuBDC@Fc、NH₂-CuBDC@Fc(COOH)₂、NH₂-CuBDC@PNBA和NH₂-CuBDC@PCBA。

结论

本研究通过可控的竞争性配位策略成功合成了缺失连接体金属有机框架（MOF）纳米酶NH₂-CuBDC@Fc，实现了CuBDC@Fc的过氧化物酶样活性调节。其介孔结构允许GLP的吸附并抑制NH₂-CuBDC@Fc的催化活性，从而产生比色和荧光信号变化，使NH₂-CuBDC@Fc能够作为双模式传感器直接...

CRediT作者贡献声明

刘淑丽：撰写——原始稿件、验证、软件、方法学、实验研究。 杜婷：撰写——原始稿件、可视化、软件、资源管理、方法学、实验研究。 周金涛：实验研究、数据分析。 李志贤：项目监督、项目管理、方法学指导。 熊军：撰写——原始稿件、可视化、软件、实验研究。 吴晓玲：撰写——审稿与编辑、撰写——原始稿件、验证、实验研究、资金申请。

未引用参考文献

[29]

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（22378146）、广东省基础与应用基础研究基金（2022B1515020013、2024A1515011514）以及广州市科技项目（2023B03J1317）的支持。