安徽工程大学李传平Anal. Chem.：MOF-限制的等离子体纳米酶的多模式光电化学免疫分析

研究内容

在临床诊断中，敏感和准确的生物标志物监测受到单模光电化学分析中假阳性/阴性误差的限制。金属有机骨架(MOFs)是由金属节点与多齿有机配体组装而成的多孔晶体网络，由于其结构清晰、晶体匹配性能好和制备工艺灵活，在多功能材料设计中引起了人们的极大兴趣。近年来，使用MOFs作为基本构建块制备混合异质结构为构建具有靶性能的前所未有的多功能材料开辟了途径。此外，由于其独特的空间限制效应，可以很好地控制活性位点，实现高效的原子利用(甚至是单原子异质材料)。

安徽工程大学李传平 提出了一种将光电化学、比色和光热成像分析集成到一个电极中的多模式免疫测定法。免疫传感器可以在一个电极上同时实现三种检测模式，为准确检测靶前列腺特异性抗原(PSA)提供了新的途径，避免了检测过程中的假阳性或阴性错误。这项工作对建立多模式免疫测定法在早期疾病诊断中准确检测癌症标志物具有重要前景。相关工作以“ Construction of Multi-Mode Photoelectrochemical Immunoassays for Accurate Detection of Cancer Markers: Assisted with MOF-Confined Plasmonic Nanozyme ”为题发表在国际著名期刊 Analytical Chemistry 上。

研究要点

要点1. 作者以PSA为靶标记，合理设计了三模式免疫测定系统，在碱性磷酸酶(ALP)标记的磁性探针的辅助下实现PSA的超灵敏检测。

要点2. 具体来说，首先通过在TiO 2 纳米棒阵列上金属有机框架外延生长过程中原位嵌入Cu(II)来构建集成的多功能芯片(TiO 2 /ZIF-8/Cu(II)）。然后，设计了一种碱性磷酸酶标记的磁性探针以捕获三明治免疫识别后的PSA抗原。分离式模式将集成芯片的构建与免疫识别过程分离，从而避免了与电极材料的直接接触，提高了免疫测定的准确性。在硫代磷酸钠溶液中，由于ZIF-8的纳米限制，原位产生的H 2 S可以与Cu(II)反应形成小尺寸的CuS，从而形成p-n异质结(TiO 2 /ZIF-8/CuS)。它可以有效地提高光利用效率和促进电子-空穴分离效率，最终导致PEC检测模式中的光电流增加。此外，MOFs限制的小尺寸CuS显示出过氧化物酶模拟活性，并可以在H 2 O 2 存在下引发TMB的显色反应。

要点3. 通过构建基于Arduino微控制器和TCS34725彩色传感器的低成本比色传感器，集成的TiO 2 /ZIF-8/CuS为PSA检测提供了一种便携式且廉价的检测模式。此外，还发现多功能TiO 2 /ZIF-8/Cu(II)是一种高灵敏度的光热成像探针。随着PSA浓度的增加，更快的生物催化反应产生更多的H 2 S，随后形成更多的CuS。由于等离子体CuS突出的光热特性，所形成的TiO 2 /ZIF-8/CuS在808 nm激光照射下将免疫测定信号转化为视觉温度变化，并实现了对PSA的高灵敏度检测。集成芯片在一个电极上实现了三种检测模式，有效地避免了每种模式不可避免的干扰，显著提高了临床应用中的检测精度。

研究图文

图1.（a）TiO 2 /ZIF-8/Cu(II)的制备工艺示意图。（b）TiO 2 NRs和（c）TiO 2 /ZIF-8/Cu(II)的SEM。TiO 2 /ZIF-8/Cu(II)的（d）TEM、（e）HAADF-STEM、（f-k）元素图谱和（l）线扫描分析。

图2.（a）TiO 2 和TiO 2 /ZIF-8/Cu(II)的XRD。（b）Ti和（c）N的高分辨率XPS。（d）样品的全XPS。

图3. 制备样品的（a）i-t，（b）EIS，（c）MS，（d）OCP。在TiO 2 /ZIF-8/CuS或TiO 2 /ZIF-8/Cu(II)存在下，TEMPO在300 W Xe灯照射（e）0分钟和（f）5分钟的EPR光谱。

图4.（a）在硫代磷酸钠溶液中原位反应后TiO 2 /ZIF-8/CuS的TEM、（b）HRTEM、（c）HAADF-STEM和（d-h）元素图谱。

图5.（a）TiO 2 /ZIF-8/CuS在不同PSA浓度下的光电流-时间曲线。（b）检测浓度范围为1 pg/mL至100 ng/mL的PSA的免疫测定的校准曲线。（c）免疫测定的选择性和抗干扰能力。(C PSA ，1 ng/mL，其他干扰物的浓度，10 ng/mL)。（d）检测PSA(C PSA ，1 ng/mL)的免疫测定的稳定性。

图6. 带有数字显示器的基于Arduino微控制器的色度传感器的（a）前视图和（b）俯视图。（c）检测PSA浓度的免疫测定比色模式的校准曲线。（d）免疫测定的选择性和抗干扰能力。(C PSA ，1 ng/mL，其他干扰物的浓度，10 ng/mL)。

图7.（a）光热成像设备的示意图。（b）集成芯片朝向不同浓度PSA的光热图像。（c）检测不同浓度PSA的多功能免疫测定光热成像模式的校准曲线。（d）免疫测定的选择性和抗干扰能力。(C PSA ，1 ng/mL，其他干扰物的浓度，10 ng/mL)。

图8.（a）p-n结(TiO 2 /ZIF-8/CuS)形成后的光激发电荷载流子转移路径示意图。（b）等离子体CuS和（c）TiO 2 /ZIF-8/CuS的空间EM场分布。（d）CuS向TMB的稳态动力学测量。

文献详情

Construction of Multi-Mode Photoelectrochemical Immunoassays for Accurate Detection of Cancer Markers: Assisted with MOF-Confined Plasmonic Nanozyme

Xingxing Meng, Jing Wang, Leilei Diao, Chuanping Li*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c04952