基于ES-COF与CuNCS的荧光/比色双模式级联生物传感器用于碱性磷酸酶的现场可视化检测

本研究成果创新性地构建了集成发光共价有机框架（ES-COF）与类过氧化物酶活性氮掺杂铜纳米片（CuNCS）的双模式传感平台，实现了碱性磷酸酶（ALP）的荧光/比色双通道检测（检测限分别达0.20 U·L?1和0.94 U·L?1）。通过智能手机辅助平台对荧光/显色图像蓝红通道比值的分析，成功应用于真实人体血清和唾液样本中ALP的现场可视化定量，为疾病标志物检测提供了新型便携式解决方案。

　　

亮点

通过整合发光共价有机框架（ES-COF）和模拟过氧化物酶活性的氮掺杂铜纳米片（CuNCS），成功构建了一种新型荧光/比色双模式级联传感平台，用于碱性磷酸酶（ALP）检测。该策略利用ALP催化苯基磷酸二钠（DPP）水解产生苯酚，引发CuNCS催化苯酚与4-氨基安替比林（4-AP）的显色反应生成红色醌亚胺（QI）。生成的QI通过内滤效应（IFE）有效猝灭ES-COF在515 nm处的荧光，从而实现ALP的双模式检测（比色法检测限0.94 U·L^?1，荧光法检测限0.20 U·L^?1）。结合3D打印和应用软件，开发了智能手机辅助传感平台，通过分析荧光/显色图像的蓝红通道比值，实现了真实人体血清和唾液样本中ALP的现场可视化定量。该ALP监测方法进一步拓展了发光COFs和纳米酶在生物分析中的应用。

引言

碱性磷酸酶（ALP）在磷酸代谢中至关重要，是识别肝脏功能障碍、前列腺癌、糖尿病和乳腺癌等多种疾病的关键生物标志物。当前ALP检测技术通常依赖复杂笨重的设备，如电化学和质谱法，这些方法具有较高的灵敏度。相比之下，荧光或比色技术因高效、成本低且操作简便而受到广泛关注。然而，大多数ALP生物传感器集中于单模式检测，更容易受到假阳性或假阴性干扰。通过开发多模式传感系统可自我验证交叉参考不同模式的检测结果，提供更可靠准确的输出数据。例如，Chen等人开发了基于硅碳纳米颗粒（Si CNPs）原位形成的双模式ALP活性测定方法；Ke等人提出了串联CRISPR/Cas12a-ALP触发的单管双读传感器用于超灵敏检测核酸和非核酸。因此，应更多关注开发用于ALP传感的多模式传感平台以推进临床诊断和预后评估。

共价有机框架（COFs）是多孔结晶聚合物，具有大比表面积、良好孔隙率和满意稳定性。值得注意的是，COFs的可调节结构允许整合、高效传导和放大光学信号，使荧光COFs成为一类独特的材料。发光COFs的卓越光稳定性使其适用于分析物检测、生物成像等应用。例如，Feng等人开发了阳离子C-C单键共价有机框架（CSBL-COF-4），其对腐蚀性胺表现出有效的荧光"开启"响应；Liu等人通过亚胺缩合反应合成β-酮烯胺连接的COF，并通过分子内电荷转移和静电相互作用实现了UO₂²⁺的荧光检测。因此，开发基于发光COF的多模式生物传感器对于高效检测ALP具有广阔前景。

本文通过席夫碱缩合反应合成了具有515 nm绿色发射峰的有序规则四边形多孔结构共价有机框架（ES-COF）（方案1A）。通过将发光ES-COF与模拟过氧化物酶活性的氮掺杂铜纳米片（CuNCS）结合，获得了用于ALP检测的高灵敏度荧光/比色双模式级联传感平台（方案1B）。在该设计中，ALP催化底物苯基磷酸二钠（DPP）水解产生苯酚，苯酚随后与4-氨基安替比林（4-AP）在CuNCS催化下反应形成醌亚胺（QI），通过内滤效应（IFE）猝灭ES-COF的荧光。CuNCS强大的类过氧化物酶活性确保了比色模式的高效率和灵敏度，而QI对ES-COF荧光的猝灭效应为荧光模式提供了良好的灵敏度。为实现ALP的现场可视化检测，采用基于智能手机的方法取得了满意结果（方案1C）。总体而言，所提出的基于发光COF和纳米酶的策略可扩展用于设计高效的现场可视化生物传感平台。

化学品

乙酸、乙醚、4′,4''',4''''',4'''''''-(乙烯-1,1,2,2-四基)四(([1,1′-联苯]-4-甲醛)（ETTTA）、丙酮、正丁醇、四氢呋喃（THF）、1,2-二氯苯和4,4′-硫代二[苯胺]（SDA）购自默克化工技术有限公司（中国上海）。4-氨基安替比林（4-AP）、苯基磷酸二钠（DPP）、硝酸铜三水合物（Cu(NO₃)₂·3H₂O）、三乙胺和三聚氰胺均购自麦克林生化有限公司。ALP、

ES-COF和CuNCS的表征

如图1A和图1B所示，合成的ES-COF呈现均匀分布的短棱柱结构，长度约为230±5 nm。图1C和图S1（补充材料）中的能量色散光谱（EDS）图像显示C、N、O和S元素均匀分布。通过粉末X射线衍射（XRD，图1D）确认的ES-COF结晶度显示在4.7°、6.7°、18.3°和20.0°处存在特征衍射峰

结论

总之，通过整合发光ES-COF和CuNCS，成功开发了一种用于同时检测ALP的双模式荧光/比色级联催化平台。该方法利用ALP催化DPP水解产生苯酚，驱动QI形成，通过IFE有效猝灭ES-COF荧光，实现通过比色和荧光信号的双模式ALP检测。此外，该方法可应用于真实样本中ALP的实时现场可视化监测