双酶在分级多孔Zr基MOF中的共固定化作为用于2,4-二氯苯酚比色传感的高效平台

《Dyes and Pigments》：Co-immobilization of dual-enzyme within hierarchical porous Zr-based MOF as an efficient platform for colorimetric sensing of 2,4-dichlorophenol

　　

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  双配体协同调控在温和环保油浴条件下制备HP-MOF-NH。
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  HP-MOF-NH能够实现双酶固定化，并稳定酶构象。
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  通过微量热法分析了底物与DE@HP-MOF-NH的相互作用。
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  DE@HP-MOF-NH表现出高催化活性和增强的底物亲和力。
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  DE@HP-MOF-NH对2,4-二氯苯酚具有高灵敏度和良好的抗干扰能力。

引言

作为氯酚类典型持久性有机污染物，2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）广泛存在于工业废水和受污染水体中[1]、[2]。其毒性强且难以降解，对生态环境和人体健康构成严重威胁[3]、[4]。因此，实现其快速灵敏检测具有重要的现实意义和应用价值[5]、[6]。尽管传统的色谱和质谱检测方法具有较高的准确性，但存在设备昂贵、样品前处理复杂、难以现场快速筛查等固有缺陷[7]。酶催化比色传感技术因其特异性强、可视化程度高和操作简单，已成为现场快速检测2,4-DCP的重要技术方向，并受到研究者的广泛关注。

然而，游离酶存在稳定性差、易失活、难以回收和重复使用等问题，限制了其实际应用[8]、[9]。此外，双酶级联系统更容易受到传质阻力和空间位阻的影响，导致酶之间相互干扰，固定化难度增加[10]、[11]、[12]。传统载体如介孔二氧化硅、聚合物和活性炭通常存在比表面积有限、孔结构单一、与酶亲和力弱和稳定性不足等问题，难以实现双酶的高效稳定固定化[13]。金属有机框架（MOFs）是一类具有高比表面积、可调孔结构和优异化学稳定性的新型多孔材料，是酶固定化的理想载体[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。锆基MOFs（Zr-MOFs）因其结构刚性强、耐酸碱和热稳定性好，在生物催化应用中备受关注[20]、[21]、[23]。然而，传统单孔MOFs受限于单一孔径和低传质效率，无法满足双酶级联催化的要求[24]、[25]。

尽管我们此前报道的模板法合成的mH-UiO-66(Zr)和调制剂刻蚀的HP-Zr-MOF能够构建用于双酶固定化的分级孔，但此类单配体体系在孔调制过程中存在孔径分布和原有孔壁氨基位点的伴随变化，阻碍了GOx/HRP级联催化限域微环境的精确优化。为解决上述问题，本研究采用双配体协同调控策略制备分级多孔Zr-MOF（HP-MOF-NH），并将其用作共固定化双酶的高效载体（方案1）。分级结构可以减小传质阻力，促进底物扩散；Zr-MOF骨架保证了结构稳定性；双配体协同效应能够精确调控材料的孔径分布和表面微环境，赋予载体合适的表面亲水性和柔性。基于这些有利的结构特性，构建了一种高效稳定的生物催化剂（DE@HP-MOF-NH），并用于建立用于2,4-DCP检测的高性能比色传感系统，为双酶级联系统的高效共固定化和环境酚类污染物的灵敏检测提供了新策略。

章节摘要

材料与化学品

辣根过氧化物酶（HRP，EC 1.11.1.7，>200 U/mg，来自辣根）、葡萄糖氧化酶（GOx，EC 1.1.3.4，>180 U/mg，来自黑曲霉）、异硫氰酸荧光素（FITC）、罗丹明B（RhB）、果糖（≥99%）、蔗糖（≥99%）、腐殖酸（HA，≥90%）和牛血清白蛋白（BSA，≥96%）购自阿拉丁（中国上海）。ZrOCl₂·8H₂O（99.9%）、2,4-二氯苯酚（2,4-DCP，≥99.5%）、间苯二酚（RS，≥99%）、对苯二酚（HQ，≥99.5%）和2,2′-连氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS，98%）购自

载体的筛选与性能比较

为筛选适合高效酶固定化的HP-MOF载体，在120°C常压油浴条件下制备了一系列HP-MOFs，以NH₂-BDC为主配体，HIPA、H₂BDC和TMA为辅助配体，采用双配体协同调控策略。该合成路线具有反应条件温和、操作简便和能耗低的特点，也是一种环保的制备方法。以酶负载量和

结论

总之，通过双配体协同调控策略构建了一系列HP-MOFs，并筛选出HP-MOF-NH作为双酶共固定化的最优载体。由于独特的双配体调控的分级多孔结构和有利的界面性质，传质效率得到有效提高，GOx和HRP的构象稳定性得到良好保持，从而实现高效的双酶负载。与DE@MP-MOF相比，

CRediT作者贡献声明

Huibin Pan: 撰写–初稿，调查，数据管理。 Weitong Dang: 数据管理。 Mengting Ye: 数据管理。 Tianliang Xv: 数据管理。 Yongliang Liu: 数据管理。 Xia Gao: 撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，验证，调查，数据管理。 Chengfang Qiao: 监督，方法学，概念化。 Wenxing Wang: 数据管理。 Puyan Xue: 数据管理

利益冲突声明

作者声明，他们不存在已知的相互竞争的经济利益或个人关系，可能影响本文报告的工作。

数据可用性

数据将应要求提供。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在已知的相互竞争的经济利益或个人关系，可能影响本文报告的工作。

致谢

作者衷心感谢以下机构的支持：国家自然科学基金委员会（项目编号：22003037 和 22173056）、陕西省自然科学基础研究计划（项目编号：2026JC-YBMS-0190）、陕西省教育厅青年创新团队科研项目（项目编号：23JP042）、陕西省科技厅秦创原“科学家+工程师”团队建设项目（项目编号：2025QCY-KXJ-191）、陕西秦岭矿产资源综合

Xia Gao|Huibin Pan|Weitong Dang|Mengting Ye|Tianliang Xv|Wenxing Wang|Puyan Xue|Chengfang Qiao|Yongliang Liu