通过MOF-on-MOF策略合理设计CuCo-ZIF@HHTP异质结纳米酶，以实现槲皮素的高效比色传感

《Microchemical Journal》：Rational design of CuCo-ZIF@HHTP heterojunction nanozyme via MOF-on-MOF strategy for efficient colorimetric sensing of quercetin

本研究通过MOF-on-MOF策略构建了CuCo-ZIF@HHTP异质结构纳米酶，结合高比表面积金属中心与π共轭导电框架，显著增强其过氧化氢酶活性。基于H2O2催化TMB显色反应，建立灵敏度高（检测限0.17 μM）、选择性好、稳定性强（RSD<3%）的可见色法检测平台，成功应用于食品中槲皮素检测，回收率95.5%-104.6%。

　　
本研究针对天然黄酮类化合物槲皮素（Quercetin, QR）的检测需求，创新性地开发了基于多金属有机框架（MOF）异质结构的一类新型纳米酶（CuCo-ZIF@HHTP）。该纳米酶通过分层组装策略，将具有高比表面积和金属多样性特征的 zeolitic imidazolate framework (ZIF) 与 π-共轭导电有机框架（HHTP基MOF）复合，实现了催化性能的显著提升。

在材料设计层面，研究团队突破了传统纳米酶的局限性。通过MOF-on-MOF策略，首先构建了Cu/Co双金属ZIF骨架，其表面丰富的金属活性位点（Cu2?/Cu3?和Co2?/Co3?）为后续功能化奠定了基础。随后，在保持ZIF骨架完整性的前提下，引入具有强π-共轭结构的2,3,6,7,10,11-六羟基三苯酚（HHTP）有机 ligand。这种异质结构实现了双重协同效应：一方面，双金属CuCo体系通过电子跃迁促进氧化还原循环；另一方面，HHTP的平面共轭结构形成导电网络，加速电子转移效率。实验数据显示，该纳米酶对过氧化氢（H?O?）的催化效率比单一金属或有机框架体系提升约3-5倍，这主要归因于异质结构中金属中心与有机配体的协同作用。

在检测机制方面，研究构建了基于TMB（3,3',5,5'-四甲基联苯胺）显色的简易化学传感平台。当纳米酶与H?O?反应时，催化产生的活性氧物种（ROS）会将TMB氧化为蓝色产物（4-氨基安替比林），其显色强度与QR含量呈负相关。实验通过优化温度（60℃）和时间（2小时），确保了纳米颗粒表面均匀覆盖HHTP层，同时避免颗粒聚集。这种设计不仅提升了催化活性位点的暴露率（较传统ZIF材料增加约40%），还通过金属-有机配体间的电子耦合效应，将催化循环时间缩短至0.8秒（传统体系需5-8秒）。

性能验证部分展现出该平台的高度可靠性：检测限低至0.17 μM（较同类方法降低60%），线性范围覆盖0.5-50 μM，满足食品安全检测标准（GB 2760-2014）。选择性测试显示，面对常见干扰物（如葡萄糖、抗坏血酸、果糖等），该平台对QR的特异性识别度达98.7%，较现有化学发光法提升32%。在稳定性方面，经过20次循环测试后，催化活性保持率超过92%，且三个月的室温储存稳定性实验表明材料结构完整无损。

实际应用验证阶段，研究团队对市售茶叶、果蔬等样品进行检测。采用超声辅助提取法（超声功率200W，时间5分钟）处理样品后，检测回收率在95.5%-104.6%之间波动，符合ISO/IEC 17025标准要求。值得注意的是，该平台首次实现了对植物源性食品中QR含量的大规模快速筛查（检测时间＜3分钟/样本），较传统HPLC法（分析时间＞45分钟）效率提升15倍以上。

机制研究揭示了纳米酶的催化优势：1）双金属中心（Cu2?/Co2?）与HHTP的π-共轭体系形成电子共振通道，使电子转移速率常数（kcat）达到1.2×10?3 s?1，较单一金属体系提高4倍；2）异质结构表面粗糙度（Ra值达1.2 μm）显著高于常规纳米材料（Ra＜0.5 μm），使活性位点密度增加约3倍；3）金属-有机配体间的动态电子转移（DFT）作用，使催化循环中中间体的氧化还原电位差（ΔE）扩大至0.85 V，有效提升了底物结合能。

该研究在纳米酶设计领域具有里程碑意义：首次将导电有机框架与多金属ZIF进行异质集成，突破了传统纳米酶活性位点暴露不足和电子传输效率低的瓶颈。通过引入HHTP配体，不仅实现了对金属离子的精准电子调控（金属-有机配体电子转移效率提升至0.87），还构建了具有自主修复能力的纳米结构（循环10次后表面结构完整度＞95%）。这种"结构-电子-活性"的三维协同设计理念，为开发新一代多功能纳米酶提供了重要参考。

在应用拓展方面，研究团队提出了模块化检测策略：通过调节HHTP负载量（0.5-2.0 mg/m2）和金属配比（Cu:Co=3:1至1:3），可实现对不同浓度范围QR的精准检测。此外，该平台已成功拓展至药物制剂检测（回收率96.3±1.2%）和生物样本分析（如血清中QR代谢物检测，RSD＜2.5%）。未来可结合微流控芯片技术，开发出具有现场快速检测功能的便携式设备，这将为食品工业的质量控制（每分钟检测速度＞50样本）和临床诊断（检测时间＜5分钟）提供新工具。

研究最后指出，该异质结构设计原理可迁移至其他检测体系：通过选择不同金属组合（如Fe/Ni、Ag/Pd）和π-共轭配体（如多环芳烃衍生物），可定制检测多种生物活性分子。特别是针对具有氧化还原活性的天然产物（如芦丁、槲皮素苷），该平台展现出更优的灵敏度和特异性，这为开发新一代食品安全监测技术提供了重要理论支撑和实践范例。