第一作者：Yanping Sun
通訊作者：Tong Shu，Xueji Zhang
通訊單位：深圳大學(xué)
研究內(nèi)容：
隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，生物傳感器已不再追求單點(diǎn)突破，而是適應(yīng)于具有綜合性能的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景。本文針對(duì)酶基生物傳感器的穩(wěn)定性、分析物富集和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等問題，以酶、聚集誘導(dǎo)發(fā)射(AIE)發(fā)光原和刺激響應(yīng)框架材料為單元，構(gòu)建了一種通用的生物傳感器模型。作者通過將葡萄糖氧化酶和AIE型金納米團(tuán)簇封裝到酸敏沸石咪唑酸骨架(ZIF-8)納米晶體中，提出了這種葡萄糖生物傳感器的概念。ZIF-8的酸活化降解將葡萄糖酶催化反應(yīng)產(chǎn)生的分子信號(hào)與ZIF-8誘導(dǎo)的金納米團(tuán)簇AIE效應(yīng)產(chǎn)生的光子信號(hào)連接起來，形成了具有高選擇性的“關(guān)閉”模型的葡萄糖檢測(cè)納米探針。將納米探針嵌入中空膠帶后，這種紙生物傳感器可以借助智能手機(jī)方便地檢測(cè)葡萄糖。
要點(diǎn)一：
作者通過ZIF-8納米晶的共沉淀法將特葡萄糖氧化酶(GOx)固定化，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。同樣AIE型Au NCs被嵌入到ZIF-8的框架中形成了GOx/AuNCs@ZIF-8材料。如圖1A所示，在紫外光下GOx/AuNCs@ZIF-8發(fā)射出明亮的黃色熒光其發(fā)射峰在565 nm處。此外這種復(fù)合材料的發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)高于同等游離的Au NCs。進(jìn)一步的熒光壽命衰減分析該納米復(fù)合材料的熒光壽命約為Au NCs的2倍。通過TEM對(duì)該納米材料的形貌進(jìn)行了表征該納米材料的形狀與純ZIF-8無明顯差異，這表明了ZIF-8晶體的成功合成。此外，HRTEM顯示ZIF-8內(nèi)部出現(xiàn)了超小的顆粒其粒徑與Au NCs的粒徑相同這說明了Au NCs在合成過程中沒有生長成大的納米顆粒。EDX能譜圖中Au元素的出現(xiàn)進(jìn)一步證明了ZIF-8中存在Au NCs。
要點(diǎn)二：
作者研究了復(fù)合材料作為葡萄糖納米探針的傳感能力。如圖所示復(fù)合材料的PL強(qiáng)度隨著葡萄糖的加入明顯降低說明該材料對(duì)葡萄糖的響應(yīng)性。作者以甲醇為溶劑對(duì)復(fù)合材料的穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試，相對(duì)于純的GOx，ZIF-8包裹后的GOx具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，固化的GOx在室溫下孵育14天仍能保持80%的活性。此外，對(duì)固化的GOx和純的GOx的耐熱性對(duì)比中可以看到固化的GOx具有更強(qiáng)的耐熱性。
要點(diǎn)三：
作者根據(jù)不同濃度的分析物加入后隨時(shí)間的顏色變化趨勢(shì)，確定葡萄糖的合適檢測(cè)時(shí)間為30 min。同時(shí)，如圖所示，在365 nm激發(fā)的紫外燈下，隨著葡萄糖濃度從0增加到20 mM，微孔的發(fā)光由黃色變?yōu)樽仙?/span>R比例穩(wěn)定，G比例增加，B比例降低。利用智能手機(jī)記錄光致發(fā)光信號(hào)，并利用Color Grab APP將光致發(fā)光信號(hào)定量轉(zhuǎn)換為顏色強(qiáng)度。如圖所示，IG/IR和IB /IR與葡萄糖的校正圖幾乎呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.995和0.986。
圖1：(A) 在相同濃度下，GSH-AuNCs(黑色)和GOx/AuNCs@ZIF-8納米復(fù)合材料(紅色)的PL發(fā)射光譜。(B) AuNCs(藍(lán)色)和GOx/AuNCs@ZIF-8納米復(fù)合材料(紅色)的熒光壽命衰減。
圖2:(A) GOx/AuNCs@ZIF-8納米復(fù)合材料的TEM圖像。(B) ZIF-8封裝的Au NCs的HRTEM圖像。(C) GOx/AuNCs@ZIF-8的EDX能譜圖。
圖3：(A)GOx/AuNCs@ZIF-8與10 mM葡萄糖相互作用前(紅色)和后(黑色)的PL發(fā)射光譜。(B) GOx/AuNCs@ZIF-8納米復(fù)合材料與游離GOx在甲醇中孵育2 h后的相對(duì)活性(紅色孵育前，藍(lán)色孵育后)。(C) 在室溫下孵育14天，固定化的GOx(紅色)和游離的GOx(紅色)的相對(duì)活性。(D) 在不同溫度下孵育1 h后，固定化GOx(黑色)和游離GOx(紅色)的相對(duì)活性。
圖4：(A) GOx/AuNCs@ZIF-8在紫外光照射下不同時(shí)間對(duì)0~20 mM濃度葡萄糖的比色響應(yīng)。(B) GOx/AuNCs@ZIF-8納米復(fù)合材料與游離GOx在甲醇中孵育2 h后的相對(duì)活性(紅色孵育前，藍(lán)色孵育后)。(C) 30分鐘時(shí)RGB強(qiáng)度隨不同葡萄糖濃度的變化(紅:R，綠:G，藍(lán):B)。(D) IB /IR與30分鐘0 ~ 20 mM葡萄糖濃度之間的關(guān)系。
參考文獻(xiàn)
Y. Sun, T. Shu, J. Ma, Q. Dai, P. Peng, Z. Zhou, X. Zhou, L. Su, X. Zhang, Rational Design of ZIF-8 for Constructing Luminescent Biosensors with Glucose Oxidase and AIE-Type Gold Nanoclusters, Anal Chem, (2022) Doi: 10.1021/acs.analchem.1c05599.
