基于互穿POMOF/g-C3N4协同纳米酶平台的H2O2与L-半胱氨酸双功能比色传感研究

为解决传统L-半胱氨酸(L-Cys)检测方法依赖复杂仪器、预处理繁琐的问题，齐齐哈尔医学院药研所团队设计了一种基于多金属氧酸盐-金属有机框架(POMOF)与石墨相氮化碳(g-C3N4)协同作用的纳米酶平台。该材料通过π-π堆叠构建电子传递通道，实现对H2O2(检测限0.51 μM)和L-Cys(检测限0.047 μM)的高灵敏双功能检测，在血清样本中回收率达100.14-103.75%，为疾病诊断提供了新型便携式检测方案。

　　

在生物医学领域，L-半胱氨酸(L-Cys)作为含硫必需氨基酸，是维持氧化还原平衡、蛋白质结构稳定的关键分子，其异常水平与阿尔茨海默病、心血管疾病等多种病理过程密切相关。然而现有检测技术如高效液相色谱(HPLC)和电化学法存在设备昂贵、操作复杂等瓶颈。与此同时，过氧化氢(H₂O₂)作为活性氧(ROS)的重要成员，其动态监测对评估氧化应激状态具有重要意义。开发能同步检测这两种生物标志物的简易方法，成为当前生物传感领域的重要挑战。

针对这一需求，齐齐哈尔医学院医药研究院的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表了一项创新研究。他们巧妙地将多金属氧酸盐(POM)的氧化还原特性与金属有机框架(MOF)的结构可调性相结合，通过水热法合成具有双重互穿mog拓扑结构的杂化晶体[H{Cu₂(BPTZ)₂}{PMo₁₂O₄₀}]·8H₂O（简称Cu-BPTZ-POM），其21.704×14.103 ?的孔道结构为底物传输提供了理想通道。为进一步提升性能，团队引入石墨相氮化碳(g-C₃N₄)构建π-π堆叠异质结，使复合材料的米氏常数(K_m)降低42.6%，最大反应速率(V_max)提高59.1%，创造了迄今报道的最高效双功能纳米酶平台之一。

研究采用单晶X射线衍射(SCXRD)解析晶体结构，通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和粉末X射线衍射(PXRD)验证材料稳定性，并利用电子自旋共振(ESR)证实·OH自由基在催化中的核心作用。关键实验发现：

晶体结构解析
单晶分析显示Cu-BPTZ-POM属于C2/c空间群，其三维框架由[PMo₁₂O₄₀]^3-簇与Cu²⁺-BPTZ链交替连接形成，独特的双互穿结构既保持了孔隙率又增强了稳定性。变价Cu中心与POM簇的协同作用，使其对3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)氧化展现出类过氧化物酶活性。

双机制检测原理
H₂O₂检测依赖于PMo₁₂O₄₀/Cu²⁺催化产生的·OH自由基氧化TMB显色（1-200 μM线性范围）；而L-Cys通过其巯基(-SH)清除·OH抑制显色反应（0.1-30 μM线性范围）。这种"氧化-抑制"拮抗机制首次在单一TMB-H₂O₂-·OH体系中实现双分析物检测。

实际应用验证
在胎牛血清检测中，加标回收率达100.14-103.75%，相对标准偏差(RSD)<2.83%，证实其抗基质干扰能力。与同类研究相比，该平台对L-Cys的检测限降低近10倍，且无需复杂样本前处理。

这项研究由Xu Yao和Luan Wang等学者共同完成，通过分子工程策略实现了POMOF拓扑结构的创新设计，其构建的"框架-载体"协同系统为开发多功能纳米酶提供了新范式。该成果不仅拓展了POMOF在生物传感中的应用边界，更为便携式诊断设备的开发奠定了材料基础。研究获得齐齐哈尔医学院医药研究院重点培育项目(QMSI2021B-01)等基金支持，相关技术已申请专利保护。