重庆大学胡连哲/王敏Anal. Chem.：金属离子加速Uio-66-NH2类磷酸酶活性在荧光检测中的应用！

研究内容

与天然酶相比，纳米酶通常表现出低得多的催化活性，这限制了基于纳米酶的免疫测定的灵敏度。

重庆大学胡连哲和王敏 通过合成后修饰，将几种没有类酶活性的金属离子工程化到Uio-66-NH 2 纳米酶上。获得的Mn n+ @Uio-66-NH 2 (Mn+=Zn 2+ 、Cd 2+ 、Co 2+ 、Ca 2+ 和Ni 2+ )表现出改善的磷酸酶样催化活性。用Zn 2+ 改性后，观察到Uio-66-NH 2 的催化效率(k cat /K m )增加了12倍。使用高活性Zn 2+ @Uio-66-NH 2 作为纳米酶标记物来开发用于检测心肌肌钙蛋白I(cTnI)的荧光免疫测定方法。与原始的Uio-66-NH 2 相比，Zn 2+ @Uio-66-NH 2 可以将线性范围扩大1个数量级(从10 pg/mL-1 μg/mL到1 pg/mL-1 μg/mL)，并将检测限降低5倍(从4.7 pg/mL到0.9 pg/mL)。相关工作以“ Accelerating the Phosphatase-like Activity of Uio-66-NH 2 by Catalytically Inactive Metal Ions and Its Application for Improved Fluorescence Detection of Cardiac Troponin I ”为题发表在国际著名期刊 Analytical Chemistry 上。

研究要点

要点1. 作者选择具有类磷酸酶催化活性的Uio-66-NH 2 作为模型纳米酶。将15种常见的催化失活金属离子物理吸附到Uio-66-NH 2 纳米酶上，并使用二磷酸荧光素(FDP)作为典型的荧光底物来监测所获得的Mn n+ @Uio-66-NH 2 的磷酸酶样活性。磷酸酶模拟物可以催化非荧光FDP的去磷酸化以产生绿色荧光荧光素。

要点2. Zn 2+ 改性的Uio-66-NH 2 (Zn 2+ @Uio-66-NH 2 )的催化效率(k cat /K m )增加了12倍。机理研究表明，Uio-66-NH 2 中的氨基和含氧官能团都是Zn 2+ 的结合位点，而修饰后的Zn 2+ 离子则是提高催化性能的额外催化位点。纳米酶催化活性的增强有利于提高基于纳米酶的策略的敏感性。

要点3. 使用高活性Zn 2+ @Uio-66-NH 2 作为纳米酶标记物来开发用于检测心肌肌钙蛋白I(cTnI)的荧光免疫测定方法。与原始的Uio-66-NH 2 相比，Zn 2+ @Uio-66-NH 2 可以将线性范围扩大1个数量级(从10 pg/mL-1 μg/mL到1 pg/mL-1 μg/mL)，并将检测限降低5倍(从4.7 pg/mL到0.9 pg/mL)。

研究图文

图1.（A）不存在（a）和存在Uio-66-NH 2 （k）以及Cr 3+ （b）、Al 3+ （c）、Hg 2+ （d）、Mn 2+ （e）、Cu 2+ （f）、Mg 2+ （g）、Fe 2+ （h）、Ba 2+ （i）、Pb 2+ （j）、Fe 3+ （l）、Ca 2+ （M）、Ni 2+ （n）、Co 2+ （j）、Cd 2+ （p）和Zn 2+ （q）修饰的Uio-66-NH 2 的存在下，5 μM FDP的荧光随时间变化。纳米材料的所有浓度均为100 μg/mL。（B）在不存在(对照)和存在Uio-66-NH 2 或Mn n+ @Uio-66-NH 2 的情况下，5 μM FDP的相应荧光强度持续10分钟。

图2.（A）Uio-66-NH 2 和Zn 2+ @Uio-66-NH 2 的XRD。（B）Zn 2+ @Uio-66-NH 2 的TEM。（C）Zn 2+ @Uio-66-NH 2 的元素图像。比例尺为20 nm。Uio-66-NH 2 和Zn 2+ @Uio-66-NH 2 的（D）XPS、（E）N 1s XPS和（F）O 1s XPS。

图3.（A）在不存在(对照，空白)和存在160 μM Zn 2+ (绿)、100 μg/mL Uio-66-NH 2 (蓝)或100 μg/mL Zn 2+ @Uio-66-NH 2 (红)的情况下，5 μM FDP的时间依赖性荧光变化。（B）纳米酶孵育10分钟后，5 μM FDP的荧光强度与Uio-66-NH 2 (蓝)和Zn 2+ @Uio-66-NH 2 (红)浓度的关系图。（C）不同浓度的FDP对Uio-66-NH 2 (蓝)和Zn 2+ @Uio-66-NH 2 (红)进行稳态动力学测定。（D）Uio-66-NH 2 和Zn 2+ @Uio-66-NH 2 纳米酶的K m 和V max 动力学参数的比较。

图4.（A）Zn 2+ @Uio-66-NH 2 作为纳米酶标记逐步形成用于cTnI检测的荧光免疫传感器的示意图。（B）Uio-66-NH 2 或Zn 2+ @Uio-66-NH 2 作为纳米酶标记的不同浓度cTnI的荧光免疫测定的校准曲线。ΔF=F-F 0 ，其中F和F 0 分别表示存在和不存在cTnI时的荧光强度。（C）Zn 2+ @Uio-66-NH 2 作为纳米酶标记的荧光免疫测定对不同靶标(10 μg/mL)的特异性。

文献详情

Accelerating the Phosphatase-like Activity of Uio-66-NH 2 by Catalytically Inactive Metal Ions and Its Application for Improved Fluorescence Detection of Cardiac Troponin I

Yuefei Luo, Yusha Huang, Longcheng Gong, Min Wang,* Zhining Xia, Lianzhe Hu*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c05499

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