基于MIL-88-NH2 @Pt类过氧化物酶活性与荧光特性的双信号免疫传感器用于流行病诊断

本研究针对COVID-19快速检测需求，开发了一种基于MIL-88-NH2 @Pt纳米酶的双读出免疫传感器，兼具类过氧化物酶催化活性和荧光特性。通过Pt纳米颗粒与MIL-88-NH2 的协同效应增强催化效率，结合密度泛函理论(DFT)阐明机制，实现了对SARS-CoV-2核衣壳蛋白(N-protein)的高灵敏度检测（比色法0.19 ng/mL，荧光法0.24 ng/mL），为病原体检测提供了新型双信号验证平台。

　　

背景与挑战
COVID-19大流行暴露了传统检测技术的局限性。尽管ELISA（酶联免疫吸附试验）作为金标准具有高特异性，但其依赖天然酶（如HRP）导致成本高、稳定性差。纳米酶的出现为解决这一问题带来曙光，但单一金属有机框架(MOFs)的催化活性常因有机配体阻碍金属活性位点而受限。如何构建兼具高催化效率和多重信号输出的纳米酶传感器，成为突破传染病快速诊断瓶颈的关键。

研究设计与创新
国家生物防护重点实验室的研究团队选择铁基MOF材料MIL-88-NH₂
为载体，通过原位负载铂纳米颗粒(Pt NPs)构建复合纳米酶MIL-88-NH₂
@Pt。该材料巧妙整合了MOFs的大比表面积特性与贵金属的电子传递优势，同时保留自身荧光特性。研究通过密度泛函理论(DFT)计算揭示催化增强机制，并创新性地开发了基于抗原-抗体非共价作用解离的荧光信号放大策略，实现对SARS-CoV-2核衣壳蛋白的双模式检测。

关键技术方法

1. 水热法合成MIL-88-NH₂
   并通过聚乙烯亚胺(PEI)介导负载Pt NPs
2. 透射电镜(TEM)和能量色散谱(EDS)表征材料形貌与元素分布
3. 密度泛函理论(DFT)计算反应能垒
4. 比色-荧光双信号检测体系优化
5. 使用甘氨酸缓冲液解离抗原-抗体复合物实现荧光信号回收

研究结果

材料表征与催化机制
TEM显示MIL-88-NH₂
@Pt呈300 nm纺锤形结构，Pt NPs均匀分布（图1A-C）。DFT计算表明，Pt的引入使反应吉布斯自由能降低，加速电子从Pt向Fe的转移，协同催化H₂
O₂
分解产生羟基自由基(^·
OH)，氧化TMB生成蓝色oxTMB（吸光度652 nm）。

双信号检测性能
在最佳条件下，比色法检测限达0.19 ng/mL，荧光法（激发/发射波长350/450 nm）为0.24 ng/mL。两种信号相互独立验证，显著提高检测可靠性。甘氨酸缓冲液(pH 2.8)可有效解离抗原-抗体复合物，回收荧光信号用于二次定量。

结论与展望
该研究不仅为COVID-19诊断提供了新型双信号检测方案，更通过DFT理论计算阐明了MOF-贵金属复合纳米酶的协同催化机制。MIL-88-NH₂
@Pt的模块化设计思路可拓展至其他病原体蛋白检测，其"自验证"双信号策略为现场诊断设备的开发奠定基础。论文发表于《Microchemical Journal》，为纳米酶在公共卫生应急检测中的应用提供了重要范式。