杨占军/李娟/任传利Anal. Chem.：MOF衍生α-Co/N-C纳米酶生物分子监测

研究内容

设计一种具有高度分散的活性位点、高催化活性以及坚固结构的金属-有机框架(MOF)衍生的纳米酶用于各种生物分子的比色生物传感仍然是一个巨大的挑战。

扬州大学杨占军/李娟/任传利 使用MOF衍生的高度分散和纯α-Co结合在氮掺杂的碳纳米纤维(α-Co@NCNF)中，构建了具有优良葡萄糖氧化酶(GOD)和过氧化物酶(POD)样活性的纳米酶，用于多种生物分子的比色测定。基于α-Co@NCNF纳米酶的比色生物传感被开发用于监测葡萄糖、过氧化氢(H 2 O 2 )和谷胱甘肽(GSH)，相应的线性范围为0.1-50和50-900 μM以及5-55和0.1-20 μM，并伴有0.03、1.66和0.03 μM的相应低检测。相关工作以“ In Situ Electrospinning MOF-Derived Highly Dispersed α ‑ Cobalt Confined in Nitrogen-Doped Carbon Nanofibers Nanozyme for Biomolecule Monitoring ”为题发表在国际著名期刊 Analytical Chemistry 上。

研究要点

要点1. 作者利用原位静电纺丝策略在聚丙烯腈纳米纤维(PAN)上沉积Co-MOFs，然后进行热解过程，合成具有双酶活性的α-Co@NCNF纳米酶。该策略可将α-Co纳米颗粒结合在连续的多孔NCNF中，限制其生长，防止热解过程中的聚集和氧化。得到的特殊结构大大提高了类酶性能。

要点2. 作者同时合成了沉积在PAN纳米纤维表面的Co-MOFs（Co-MOFs/PAN），并在相同的预氧化和碳化条件下进行(Co@CoO@NCNF)。一系列实验验证了α-Co@NCNF纳米酶比Co@CoO@NCNF和天然酶具有更优异的GOD和POD样活性。这归因于超小的α-Co均匀分散到NCNF中，具有多孔的碳结构和大的比表面积。

要点3. 基于α-Co@NCNF纳米酶的比色生物传感被开发用于监测葡萄糖、过氧化氢(H 2 O 2 )和谷胱甘肽(GSH)，相应的线性范围为0.1-50和50-900 μM以及5-55和0.1-20 μM，并伴有0.03、1.66和0.03 μM的相应低检测。

该研究提出的构建具有双重类酶性质的纳米酶的α-Co@NCNF的新思路，并在比色生物传感中展现出优异的应用前景。

研究图文

图1.（a）Co-MOFs@PAN和（b）a-Co@NCNF纳米酶的SEM，（c，d）α-Co@NCNF纳米酶的TEM(2d插图：α-Co@NCNF纳米酶的尺寸分布直方图)和（e，e1，e2，e3）α-Co@NCNF纳米酶分支部分的HRTEM，（f）选区电子衍射，以及（g）C(红)、O(橙)、N(黄)和Co(绿)元素的相应TEM-EDS。

图2.（a）Co-MOFs、Co-MOFs@PAN和α-Co@NCNF纳米酶的FTIR，（b）Co-MOFs@PAN和α-Co@NCNF纳米酶的XRD，（c）CNF和α-Co@NCNF纳米酶在77K下的N 2 等温线，（d）CNF和α-Co@NCNF纳米酶的相应孔径分布曲线，（e）α-Co@NCNF的Co 2p、C 1s和N 1s的全XPS光谱和高分辨率光谱，（f）α-Co@NCNF纳米酶的EDS光谱。

图3. α-Co@NCNF纳米酶的紫外-可见光谱（a）、电子顺磁共振(EPR)光谱（b）和稳态动力学研究(c-f)。

图4.（a，b）葡萄糖、（c，d）H 2 O 2 和（e，f）GSH的紫外-可见吸收光谱和相应的校准曲线。

文献详情

In Situ Electrospinning MOF-Derived Highly Dispersed α ‑ Cobalt Confined in Nitrogen-Doped Carbon Nanofibers Nanozyme for Biomolecule Monitoring

Yanping Xia, Feng Shi, Ruixin Liu, Haibing Zhu, Kai Liu, Chuanli Ren,* Juan Li,* Zhanjun Yang*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c05053