二维MOF薄膜与金纳米粒子协同集成实现多功能表面等离子体共振传感

本研究针对传统表面等离子体共振（SPR）光纤传感器功能单一、信号稳定性差的问题，通过界面合成技术制备大面积连续二维MOF薄膜，原位生长金纳米粒子（AuNPs），构建AuNPs/2D MOF/Au TFBG-SPR传感器。该设计利用MOF的高比表面积和AuNPs的局域表面等离子体共振（LSPR）效应，显著提升葡萄糖和DNA检测灵敏度，并实现无受体级联催化检测，为复杂生物样本分析提供了新策略。

　　

在光学传感领域，表面等离子体共振（SPR）技术因其无标记、高灵敏的特性被广泛应用于生物分子检测。然而，传统SPR传感器依赖金属薄膜，存在功能单一、信号稳定性差等瓶颈。尤其对于倾斜光纤布拉格光栅（TFBG-SPR）传感器，二维材料的碎片化分布和厚度不可控问题严重制约了性能提升。与此同时，金属有机框架（MOF）材料虽具有高孔隙率和可调控性，但其大面积制备与集成仍是难题。

山东大学的研究人员创新性地提出了一种协同集成策略：通过液-液界面合成技术制备出厘米级连续超薄Cu-TCPP MOF薄膜，并原位生长金纳米粒子（AuNPs），构建了AuNPs/2D MOF/Au三明治结构TFBG-SPR传感器。该成果发表于《Talanta》，为解决SPR传感器功能局限性和信号稳定性提供了新思路。研究采用有限元模拟优化结构参数，通过界面合成法控制MOF薄膜厚度在30 nm以内，利用AuNPs的局域表面等离子体共振（LSPR）效应与MOF的光电特性协同增强信号，同时构建MOF-AuNPs级联纳米酶实现葡萄糖无受体检测。

主要技术方法

1. 液-液界面合成制备大面积2D MOF薄膜；
2. 原位还原法在MOF表面均匀生长AuNPs；
3. 有限元法模拟SPR与LSPR耦合效应；
4. 级联催化反应设计（葡萄糖氧化酶模拟活性）；
5. 血清样本中葡萄糖和DNA检测验证。

研究结果
表征与分析
原子力显微镜显示MOF薄膜厚度仅28.5 nm，X射线光电子能谱证实Cu²⁺-TCPP配位结构。透射电镜证明5-8 nm AuNPs均匀分布在MOF表面，间距小于10 nm，有利于等离子体耦合。

传感性能
传感器对葡萄糖的检测限达0.038 μM，较传统传感器提升两个数量级。在血清样本中，DNA检测灵敏度为0.1 pM，且能区分单碱基错配。级联催化反应使葡萄糖检测无需额外受体，TMB显色反应线性范围覆盖1-100 μM。

稳定性验证
连续30天测试显示信号波动小于3.8%，20次重复实验相对标准偏差为4.2%，证实MOF薄膜的机械稳定性和AuNPs锚定牢固性。

结论与意义
该研究通过材料协同设计实现了三大突破：① 界面合成技术解决二维MOF大面积制备难题；② AuNPs与MOF的等离子体-激子耦合效应使信号放大10倍以上；③ 首创MOF-AuNPs纳米酶系统，摆脱天然酶依赖。这种"传感-催化"双功能设计为复杂生物样本检测提供了新范式，其工业级制备潜力（单次可制备5×5 cm²薄膜）为SPR技术转化应用奠定基础。Sen Wang和Shouzhen Jiang团队的工作表明，二维MOF与等离子体纳米结构的协同效应将成为下一代生物传感器的核心设计原则。