金属有机框架Cu@Sc-MOF纳米酶对5΄-三磷酸腺苷的比色/荧光检测

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240028

摘要/Abstract

摘要：

通过溶剂热法制备了一种铜/钪金属有机框架（Cu@Sc-MOF）纳米酶，在H₂O₂存在下，Cu@Sc-MOF可催化氧化3，3?，5，5'-四甲基联苯胺（TMB）得到蓝色氧化产物oxTMB，并在652 nm处产生特征吸收峰。同样，Cu@Sc-MOF也可氧化邻苯二胺（OPD）生成2-氨基吩嗪（DAP），并在570 nm产生特征荧光发射峰（激发波长为390 nm）。由于5?-三磷酸腺苷（ATP）与Cu²⁺络合，抑制了Cu@Sc-MOF的催化活性，使得652 nm处的吸光度和570 nm处的荧光强度减弱，基于Cu@Sc-MOF的类过氧化物酶活性，构建了一种用于检测ATP的比色/荧光双模式光谱法。比色和荧光分析法的线性范围分别为2.50~40.00 μmol/L和1.00~22.50 μmol/L，检出限（LOD）分别为0.60和0.27 μmol/L。将上述比色/荧光双模式分析法用于肝癌细胞HepG2细胞裂解液中ATP的检测，加标回收率分别为92.0%~101%和93.2%~97.9%，具有良好的应用前景。

关键词: Cu@Sc-MOF, 纳米酶, 类过氧化物酶活性, 比色/荧光, 5?-三磷酸腺苷

Abstract:

A copper/scandium metal-organic framework （Cu@Sc-MOF） nanozyme was prepared by solvothermal method. The Cu@Sc-MOF nanozyme could oxidize substrate 3，3′，5，5′-tetramethylbenzidine （TMB） to produce blue oxTMB which showed absorption at 652 nm in the presence of H₂O₂. Similarly， Cu@Sc-MOF was used to catalyze o-phenylenediamine （OPD） to generate diminophenazine （DAP） with fluorescence emission at 570 nm. The colorimetric/fluorometric dual-mode sensor for the detection of adenosine-5′-triphosphate （ATP） was developed owing to the peroxidase-like characteristics of the Cu@Sc-MOF. Upon the addition of ATP in the Cu@Sc-MOF/H₂O₂ mixture， the peroxidase-like activity of Cu@Sc-MOF was inhibited due to the strong interaction between ATP and Cu²⁺ ion， causing weakened absorbance at 652 nm and less fluorescence intensity at 570 nm. The respective values of linear ranges for the colorimetric and fluorometric method were 2.50~40.0 μmol/L and 1.00~22.5 μmol/L， and the limits of detection （LOD） were 0.600 and 1.87μmol/L. The colorimetric/fluorescence dual-mode analysis method could realize to detect ATP in HepG2 cell lysate with recoveries ranged from 92.0%~101% and 93.2%~97.9%， respectively， showing good application prospects in the detection of ATP.

Key words: Cu@Sc-MOF, Nanozyme, Peroxidase-like activity, Colorimetric/Fluorometric, Adenosine-5??- triphosphate

中图分类号:

O655

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图/表 11

图1 Cu@Sc-MOF比色/荧光双模式检测ATP示意图

Fig.1 Illustration of the application of Cu@Sc-MOF for detection of ATP via fluorometric and colorimetric dual-mode

图2 Cu@Sc-MOF的（A）扫描电子显微镜图和（B-F）元素分布图

Fig.2 SEM image （A） and elemental mapping （B-F） of Cu@Sc-MOF

图3 Cu@Sc-MOF和Sc-MOF的（A） XRD图谱、（B） FT-IR光谱、（C） N2吸附-脱附等温线、（D） XPS全谱图及Cu@Sc-MOF的（E） C1s、（F） O1s、（G） Sc2p、（H） Cu2p和（I） N1s高分辨谱图

Fig.3 （A） XRD pattern，（B） FT-IR spectra，（C） nitrogen adsorption and desorption isotherm curves，（D） XPS spectra of Cu@Sc-MOF and Sc-MOF， and （E） C1s，（F） O1s，（G） Sc2p （H） Cu2p and （I） N1s high-resolution spectrum of Cu@Sc-MOF

图4 Cu@Sc-MOF催化H2O2氧化TMB/OPD反应的影响因素考察：（A） Cu@Sc-MOF浓度、（B） pH值、（C）温度、（D）反应时间、（E） H2O2浓度、（F） Cu@Sc-MOF浓度、（G） OPD浓度和（H）pH值

Fig.4 Dependence of relative catalytic activity of Cu@Sc-MOF toward oxidation of TMB/OPD by H2O2 on （A） concentration of Cu@Sc-MOF，（B） pH，（C） temperature，（D） reaction time，（E） concentration of H2O2，（F） concentration of Cu@Sc-MOF，（G） concentration of OPD and （H） pH

图5 （A） TMB在不同反应体系的吸收光谱图；（B） OPD在不同反应体系的荧光发射光谱图

Fig.5 （A） UV-Vis absorption spectra of TMB in different reaction systems；（B） The Fluorescence emission spectra of OPD in different reaction systems

图6 （A） H2O2和（B） TMB的稳态动力学分析

Fig.6 Steady-state kinetic assay of （A） H2O2 and （B） TMB inset： double reciprocal plot

表1 Cu@Sc-MOF、HRP和其他类过氧化物酶模拟物的稳态动力学分析

Table 1 Steady-State Kinetics of the Cu@Sc-MOF， HRP and other POD-like mimics

Material	K_m/（mmol·L^-1）		10⁸v_max/（mol·L^-1·s^-1）		Ref.
Material	TMB	H₂O₂	TMB	H₂O₂	Ref.
HRP	0.434	3.70	10.0	8.71	［21］
Cu-BDCPPI	0.890	0.290	3.36	1.29	［22］
Cu-MOF	0.047 7	2.65	0.312	0.126	［23］
Fe-BTC	0.261	0.033 4	7.95	2.65	［24］
Fe₃Ni-MOF-NH₂	0.241	0.156	1.13	1.27	［25］
Mo-CDs	0.245	3.20	0.176	4.76	［26］
Cu@Sc-MOF	0.040	0.086	1.74	4.69	This work

图7 （A）不同体系DPBF的相对吸收；（B）活性氧清除剂（PBQ、his与Thiourea）对Cu@Sc-MOF的相对活性的影响；（C）Cu@Sc-MOF催化体系的ESR谱图；（D）TA在不同体系中的荧光光谱图

Fig.7 （A） The relative absorption of DPBF with different treatments；（B） The relative activity of Cu@Sc-MOF catalytic system with ROS scavengers （PBQ， His and Thiourea）；（C） ESR spectra of Cu@Sc-MOF catalytic systems；（D） Fluorescence spectra of TA in different systems

图8 （A） oxTMB在ATP存在下的紫外-可光吸收光谱图；（B） 652 nm处吸光度相对比值随ATP浓度的变化曲线；（C）比色检测ATP体系的选择性；（D） DAP在不同ATP浓度存在下的荧光光谱图；（E） 570 nm处的F/F0与ATP浓度的线性关系；（F）荧光检测ATP体系的选择性；（G）不同干扰物质对oxTMB相对吸光度的影响；（H）不同干扰物质对DAP相对荧光强度的影响Fig.?8　（A） UV-Vis absorption spectra of the oxidized TMB in the mixture of ATP；（B） Calibration curve of Cu@Sc-MOF between the ΔA652 nm and ATP concentration；（C） Selectivity in the detection of ATP by Colorimetric mode；（D） Fluorescence spectra of DAP in the mixture of ATP；（E） Linear relationship between F/F0and ATP concentration；（F） Selectivity in the detection of ATP by Fluorescence mode；（G） The influence of different coexisting substances on the relative absorbance of oxTMB；（H） The influence of different coexisting substances on the relative fluorescence intensity of DAP

表2 Cu@Sc-MOF与其他ATP传感器的灵敏度比较

Table 2 Comparison of sensitivity between Cu@Sc-MOF and other ATP sensors

Materials	Method	Linear range/（μmol·L^-1）	Limit of detection/（nmol·L^-1）	Ref.
Tb/Eu-MOF	Fluorescence	0~8	121.4	［29］
UiO-66@COF	Fluorescence	0~10	38.0	［30］
Cy5@UiO-67	Fluorescence	0.008~1	0.503	［31］
Thioflavin T	Fluorescence	0~5	24.8	［32］
CDs/OPD-Cu²⁺	Fluorescence	1.0~100	430	［33］
N-GQDs	Fluorescence	0~10	1.16	［34］
Cu@Sc-MOF	Colorimetry	2.5~40	600	This work
Cu@Sc-MOF	Fluorescence	1.0~22.5	270	This work

表3 HepG2细胞裂解液中ATP检测结果

Table 3 Detection results of ATP in HepG2 cell lysate

Testing mode	Sample/（μmol·L^-1）	Added/（μmol·L^-1）	Found/（μmol·L^-1）	Recovery/%	RSD/%（n=6）
Colorimetric mode	2.83	10.00	11.81	92.0	2.9
		15.00	17.53	98.3	2.7
		35.00	38.18	101	2.3
Fluorescence mode	2.91	5.00	7.38	93.2	3.4
		15.00	17.54	97.9	2.8
		20.00	21.87	95.4	1.3

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