中科大崔华Anal. Chem.：COFs的纳米约束实现增强化学发光用于癌症标记物检测

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研究内容

具有强发射的化学发光（CL）已经被研究了几十年。寻找一种新的增强CL的机制仍然具有挑战性。

中国科技大学崔华教授通过将N-（氨基丁基）-N-（乙基异鲁米诺）（ABEI）和Co2+共嵌入到金纳米粒子修饰的共价-有机框架（COFs）中，首次开发了限制增强型CL。与ABEI和Co2+添加到液中相比，将它们限制在Au-COFs中使CL强度提高了20倍以上，得益于限制效应的三个方面，包括分子富集效应、物理约束效应和分子预组织效应。基于这种CL-功能化COFs开发了一种脂蛋白双重识别三明治策略，用于检测乳腺癌症细胞系衍生的细胞外囊泡（EVs），与ELISA相比，检测限提高了四个数量级。相关工作以“Enhanced Chemiluminescence under the Nanoconfinement of Covalent-Organic Frameworks and Its Application in Sensitive Detection of Cancer Biomarkers”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

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研究要点

要点1.作者首次通过将N-（氨基丁基）-N-（乙基异鲁米诺）（ABEI）和Co2+共嵌入金纳米粒子（Au NP）修饰的COFs（CAACo）中，开发了限制增强CL。2，5-二乙烯基对苯二甲醛（DVA）和1，3，5-三（4-氨基苯基）苯（TPB）在室温下缩合合成的球形COF被选为载体，因为它具有显著的物理化学性质，包括大的比表面积、规则和永久的孔隙率以及优异的结构稳定性。其丰富的芳香基团和亚胺基团可以为ABEI和Co2+提供足够的结合位点。

要点2.出于提高COF亲水性和促进后续生物修饰的考虑，首先在没有其他还原试剂的情况下原位将金纳米粒子还原在COF表面（Au-COF）上。由于丰富的亚胺键和π主链，ABEI和Co2+通过π-π堆积和配位协同嵌入到COFs中。

要点3.与ABEI和Co2+添加到液相中相比，将它们限制在Au-COF中使CL强度提高了20倍以上，这得益于限制效应的三个方面，包括分子富集效应、物理约束效应和分子预组织效应。基于这种CL-功能化COF开发了一种脂蛋白双重识别三明治策略，用于检测乳腺癌症细胞系衍生的细胞外囊泡（EVs），与ELISA相比，检测限提高了四个数量级。人类表皮生长因子受体2（HER2）阳性患者与HER2阴性患者的成功区分表明，所提议的生物检测在HER2阳性乳腺癌症诊断中具有巨大的应用潜力。

该工作提出了一种新的基于晶体多孔材料的CL增强机制，为开发用于生物传感器和生物测定的CL功能化材料提供了新的视角。

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研究图文

图1.（A）CAACo合成路线示意图。（B）COF、（C）Au COF和（D）CAACo的TEM；比例尺：500 nm。

图2. CAACo纳米颗粒的（A）HADDF STEM；C、N、O、Au和Co元素的EDS图谱以及单个全元素分布。（B）ABEI、Au-COF和CAACo的紫外-可见吸收光谱。（C）COF、Au-COF和CAACo的氮吸附-解吸等温线。（D）COF、Au-COF和CAACo的XPS。

图3.（A）CAACo和0.044 mM ABEI、0.027 mM Co2+和0.1 mg/mL Au-COF的混合物的CL动力学曲线。（B）CAACo、dfCL-MB、Co2+-GSH@ABEI@AgNCs和Cu2+-Cys/ABEI-Au的CL动力学曲线比较。（C）不同金属离子和ABEI功能化Au-COF的CL强度：ABEI-Mn2+（CAAMn）、ABEI-Fe3+（CAAFe（III））、ABEI-Ni2+（CAANi）、ABEI-Cu2+（CAACu）、ABEI-Ce3+（CAACe）、ABEI-Zn2+（CAAZn）、ABEI-Fe2+（CAAFe）、ABEI-Cd2+（CAACd）、ABEI-Ru3+（CAARu）、ABEI-Dy3+（CAADy）、ABEI-Cr3+

（CAACr）和ABEI-Tb3+（CAATb）。（D）不同CL试剂和Co2+功能化Au-COF的CL强度：萤光素-Co2+（CALgCo）、吖啶酯-Co2+（CAAECo）、L-012-Co2+（CALCo）、鲁米诺-Co2+和ABEI-Co2+。（E）CAACo的CL光谱。（F）COF和Au-COF对0.5 mM ABEI的CL的影响。

图4.（A）Ab-CAACo/EVs/chol-MB复合物在不同浓度EVs下的CL动力学曲线。（B）EV浓度的对数与归一化CL强度之间的线性相关性。（C）不同干扰物的CL响应比较。（D）HER2-和HER2+患者血清样本的归一化CL强度。

图5.基于CAACo的EVs脂蛋白双重识别三明治策略示意图。

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文献详情

Enhanced Chemiluminescence under the Nanoconfinement of Covalent-Organic Frameworks and Its Application in Sensitive Detection of Cancer Biomarkers

Aihua Lyu, Yisha Wang, Hua Cui*

Anal. Chem.

DOI: 10.1021/acs.analchem.3c00372