背景介紹：
無(wú)機(jī)砷（As）由于其高毒性和致癌性嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境和健康安全。高劑量的無(wú)機(jī)砷能夠與天然酶相互作用影響人體內(nèi)生理過(guò)程，從而導(dǎo)致皮膚疾病、器官衰竭、惡性腫瘤甚至死亡。鑒于無(wú)機(jī)砷的高危險(xiǎn)性，許多國(guó)家和組織對(duì)樣品中的無(wú)機(jī)砷制定了嚴(yán)格限制。例如世界衛(wèi)生組織將飲用水中的無(wú)機(jī)砷最高含量定為10 μg/L；我國(guó)將大米中無(wú)機(jī)砷最高含量定為0.2 mg/kg。因此，亟需設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有高靈敏度、高特異性和良好實(shí)用性的無(wú)機(jī)砷分析檢測(cè)方法。
近期，江蘇大學(xué)的潘建明教授課題組報(bào)道了一種基于比率熒光生物傳感器ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)分析方法，相關(guān)成果以“One-pot construction of acidphosphatase and hemin loaded multifunctional metal–organic framework nanosheetsfor ratiometric fluorescent arsenate sensing”為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)雜志Journal of Hazardous Materials上（DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124407）。
研究的主要內(nèi)容介紹：
本研究在室溫下采用一鍋法利用酸性磷酸酶（ACP）、氯化血紅素（hemin）、Zn2+、2-氨基對(duì)苯二甲酸（NH2-BDC）和對(duì)苯二甲酸（BDC）等材料自組裝制備了ACP/hemin@Zn-MOF。其中hemin賦予了ACP/hemin@Zn-MOF類過(guò)氧化物酶活性，2-氨基對(duì)苯二甲酸配體賦予了ACP/hemin@Zn-MOF熒光特性（激發(fā)波長(zhǎng)為410 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為452 nm）。ACP/hemin@Zn-MOF能夠在H2O2存在下催化鄰苯二胺（OPD）氧化，形成2，3-二氨基吩嗪（DAP）。DAP也具有熒光信號(hào)（激發(fā)波長(zhǎng)為410 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為564 nm）。由于熒光內(nèi)慮效應(yīng)，在ACP/hemin@Zn-MOF+H2O2+OPD反應(yīng)系統(tǒng)中生成DAP時(shí)，DAP的熒光信號(hào)（564 nm）會(huì)升高，而ACP/hemin@Zn-MOF本身的熒光信號(hào)（452 nm）會(huì)降低。當(dāng)在反應(yīng)體系中加入磷酸抗壞血酸酯（AAP）時(shí)，ACP/hemin@Zn-MOF上的ACP能夠水解AAP產(chǎn)生AA并抑制OPD的氧化，導(dǎo)致DAP熒光信號(hào)（564nm）的降低和ACP/hemin@Zn-MOF熒光信號(hào)的恢復(fù)（452nm）。當(dāng)添加As（V）時(shí)，As（V）能夠抑制ACP活性，使其不能水解AAP，導(dǎo)致DAP熒光信號(hào)（564 nm）的再次升高和ACP/hemin@Zn-MOF熒光信號(hào)的再次降低（452 nm）?；谶@一原理，ACP/hemin@Zn-MOF能夠?qū)崿F(xiàn)As（V）（3.33 – 300 μg/L）的高靈敏度和高選擇性檢測(cè)，檢測(cè)限低至1.05 μg/L。此外，還利用ACP/hemin@Zn-MOF成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)稻谷中總砷和As（V）的準(zhǔn)確檢測(cè)。
圖1 基于ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)比率檢測(cè)示意圖
圖2 基于ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)比率檢測(cè)機(jī)理圖
小結(jié)：本研究開(kāi)發(fā)了一種比率熒光生物傳感器ACP/hemin@Zn-MOF，用于As(Ⅴ)的高性能檢測(cè)。ACP/hemin@Zn-MOF是在室溫下采用一鍋法自組裝制備而成，它起著三重作用：（1）負(fù)載的hemin具有類過(guò)氧化物酶活性；（2）Zn-MOF配體使得ACP/hemin@Zn-MOF具有熒光信號(hào)；（3）ACP具有特異性識(shí)別As(Ⅴ)功能。通過(guò)將ACP催化AAP水解與hemin催化的OPD氧化相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度和高選擇性的As（V）檢測(cè)。此外，本研究還利用ACP/hemin@Zn-MOF對(duì)稻谷樣品中的總砷和As（V）進(jìn)行檢測(cè)，表明了其在實(shí)際食品和環(huán)境分析中的潛在作用。
