γ- 环糊精金属有机框架激活的水溶性金纳米团簇：兼具多酶模拟功能的农药与胆碱酯酶活性同步检测新利器

为解决环糊精金属有机框架（CD-MOF）在水相催化中稳定性差、金纳米团簇（AuNCs）在水相应用受限等问题，研究人员制备 Au38/γ-CD-MOF 复合材料。该材料具多酶模拟活性，可用于检测农药和胆碱酯酶活性，为相关检测提供新途径。

　　

在科技飞速发展的当下，纳米材料和生物催化领域不断推陈出新，却也面临诸多挑战。金纳米团簇（AuNCs），这种尺寸小于 2 纳米的超小纳米材料，凭借独特的物理化学和生物学特性，如 HOMO-LOMO 跃迁、量子化充电和强发光等，成为科研人员眼中的 “潜力股” ，在催化基础研究方面展现出巨大潜力。然而，它的发展并非一帆风顺。为维持其超小尺寸，合成过程中常需使用硫醇盐或膦等有机配体，这些配体在一定程度上限制了 AuNCs 在水相中的应用；而且，AuNCs 稳定性欠佳，长期储存易发生不可逆聚集，严重阻碍了其进一步发展。

另一边，金属有机框架（MOFs）凭借多变的多孔网络结构和超高比表面积，在纳米材料领域崭露头角，作为保护涂层，相比传统介孔材料优势明显。其中，环糊精金属有机框架（CD-MOF）由环境友好离子（如钾离子）和可生物降解的环糊精（γ-CD）配体组成，堪称最安全的 MOFs 之一。它不仅合成简便、成分可食用，其内部由环糊精分子（0.7 纳米）和框架结构（1.7 纳米）形成的空腔，还能为客体分子提供充足结合位点，有望解决纳米材料封装效率低的问题。但美中不足的是，CD-MOF 的晶体结构在水中极易崩塌，这一缺陷极大地限制了它在水相催化中的深入应用。

为突破这些困境，河南师范大学的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们巧妙利用宿主 - 客体化学，将 AuNCs 嵌入 CD-MOF 载体中，成功制备出 Au₃₈/γ-CD-MOF 复合材料。研究发现，该复合材料在水相催化体系中展现出稳定的多酶模拟活性，具备过氧化物酶（POD）、氧化酶（OXD）、过氧化氢酶（CAT）和葡萄糖氧化酶（GOx）等多种模拟酶活性。基于其固有的类 POD 活性，研究人员构建典型的酶级联反应，开发出基于 Au₃₈/γ-CD-MOF 的比色传感器，实现了对西维因（carbaryl）和丁酰胆碱酯酶（BChE）活性的快速、灵敏检测。此外，他们还结合智能手机，研发出便携式纸基传感器，通过识别 RGB 值实现了农药残留的现场半定量检测。这项研究成果意义非凡，不仅拓展了 γ-CD-MOF 基催化剂在水相催化领域的应用，更为开发生物相容性类酶催化剂开辟了新路径。相关研究成果发表在《Analytica Chimica Acta》上。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是材料制备技术，通过宿主 - 客体化学方法将 AuNCs 嵌入 CD-MOF 中制备 Au₃₈/γ-CD-MOF 复合材料；其次是材料表征技术，利用扫描电子显微镜（SEM）和 X 射线衍射（XRD）对材料的形貌和结构进行表征；最后是检测分析技术，基于 Au₃₈/γ-CD-MOF 的类 POD 活性构建酶级联反应，采用比色法检测农药和胆碱酯酶活性，并结合智能手机识别 RGB 值实现半定量检测。

下面详细介绍研究结果：

• Au₃₈/γ-CD-MOF 的制备与表征：通过宿主 - 客体化学成功制备 Au₃₈/γ-CD-MOF 复合材料。SEM 和 XRD 分析表明，吸附 Au₃₈纳米团簇后，γ-CD-MOF 仍保持立方形状，元素分布结果也进一步证实了 Au₃₈纳米团簇成功负载在 γ-CD-MOF 上。
• Au₃₈/γ-CD-MOF 的多酶模拟活性：实验证明，制备的 Au₃₈/γ-CD-MOF 具有 POD、OXD、CAT 和 GOx 等多种模拟酶活性，这使其在生物催化领域具有更广泛的应用潜力。
• 基于 Au₃₈/γ-CD-MOF 的比色传感器：利用 Au₃₈/γ-CD-MOF 的类 POD 活性构建酶级联反应，开发出比色传感器。该传感器能够快速、灵敏地检测 carbaryl 和 BChE 活性，为农药残留和生物标志物检测提供了新方法。
• 便携式纸基传感器的开发：结合智能手机，研究人员开发出便携式纸基传感器。通过识别 RGB 值，该传感器可实现农药残留的现场半定量检测，具有成本低、操作简便等优点，在实际应用中具有很大优势。

研究结论表明，研究人员成功制备了具有稳定多酶模拟活性和水溶性的 Au₃₈/γ-CD-MOF 复合材料。作为高效的 POD 模拟物，Au₃₈/γ-CD-MOF 有望替代辣根过氧化物酶（HRP）构建级联反应显色系统。基于 Au₃₈/γ-CD-MOF 建立的一系列比色传感器，进一步证实了其在农药检测和生物标志物监测等领域的广阔应用前景。

从讨论部分来看，该研究创新性地解决了 CD-MOF 在水相催化中稳定性差以及 AuNCs 在水相应用受限的问题，为纳米材料和生物催化领域的发展提供了新思路。同时，便携式纸基传感器的开发，使农药残留检测更便捷，对保障食品安全和环境监测具有重要意义。不过，研究也存在一定局限性，例如传感器的检测精度和稳定性还可进一步提高，未来可在此基础上开展更深入的研究。总之，这项研究成果为相关领域的发展做出了重要贡献，有望推动纳米材料在生物医学和环境检测等领域的广泛应用。