第一作者：Yanping Sun

通讯作者：Tong Shu，Xueji Zhang

通讯单位：深圳大学

研究内容：

  随着现代技术的发展，生物传感器已不再追求单点突破，而是适应于具有综合性能的复杂应用场景。本文针对酶基生物传感器的稳定性、分析物富集和信号转导等问题，以酶、聚集诱导发射(AIE)发光原和刺激响应框架材料为单元，构建了一种通用的生物传感器模型。作者通过将葡萄糖氧化酶和AIE型金纳米团簇封装到酸敏沸石咪唑酸骨架(ZIF-8)纳米晶体中，提出了这种葡萄糖生物传感器的概念。ZIF-8的酸活化降解将葡萄糖酶催化反应产生的分子信号与ZIF-8诱导的金纳米团簇AIE效应产生的光子信号连接起来，形成了具有高选择性的“关闭”模型的葡萄糖检测纳米探针。将纳米探针嵌入中空胶带后，这种纸生物传感器可以借助智能手机方便地检测葡萄糖。

要点一：

  作者通过ZIF-8纳米晶的共沉淀法将特葡萄糖氧化酶(GOx)固定化，增强其稳定性。同样AIE型Au NCs被嵌入到ZIF-8的框架中形成了GOx/AuNCs@ZIF-8材料。如图1A所示，在紫外光下GOx/AuNCs@ZIF-8发射出明亮的黄色荧光其发射峰在565 nm处。此外这种复合材料的发光强度远高于同等游离的Au NCs。进一步的荧光寿命衰减分析该纳米复合材料的荧光寿命约为Au NCs的2倍。通过TEM对该纳米材料的形貌进行了表征该纳米材料的形状与纯ZIF-8无明显差异，这表明了ZIF-8晶体的成功合成。此外，HRTEM显示ZIF-8内部出现了超小的颗粒其粒径与Au NCs的粒径相同这说明了Au NCs在合成过程中没有生长成大的纳米颗粒。EDX能谱图中Au元素的出现进一步证明了ZIF-8中存在Au NCs。

要点二：

  作者研究了复合材料作为葡萄糖纳米探针的传感能力。如图所示复合材料的PL强度随着葡萄糖的加入明显降低说明该材料对葡萄糖的响应性。作者以甲醇为溶剂对复合材料的稳定性进行了测试，相对于纯的GOx，ZIF-8包裹后的GOx具有更强的稳定性，固化的GOx在室温下孵育14天仍能保持80%的活性。此外，对固化的GOx和纯的GOx的耐热性对比中可以看到固化的GOx具有更强的耐热性。

要点三：

  作者根据不同浓度的分析物加入后随时间的颜色变化趋势，确定葡萄糖的合适检测时间为30 min。同时，如图所示，在365 nm激发的紫外灯下，随着葡萄糖浓度从0增加到20 mM，微孔的发光由黄色变为紫色，R比例稳定，G比例增加，B比例降低。利用智能手机记录光致发光信号，并利用Color Grab APP将光致发光信号定量转换为颜色强度。如图所示，I_G/I_R和I_B /I_R与葡萄糖的校正图几乎呈线性关系，相关系数分别为0.995和0.986。

图1：(A) 在相同浓度下，GSH-AuNCs(黑色)和GOx/AuNCs@ZIF-8纳米复合材料(红色)的PL发射光谱。(B) AuNCs(蓝色)和GOx/AuNCs@ZIF-8纳米复合材料(红色)的荧光寿命衰减。

图2:(A) GOx/AuNCs@ZIF-8纳米复合材料的TEM图像。(B) ZIF-8封装的Au NCs的HRTEM图像。(C) GOx/AuNCs@ZIF-8的EDX能谱图。 

图3：(A)GOx/AuNCs@ZIF-8与10 mM葡萄糖相互作用前(红色)和后(黑色)的PL发射光谱。(B) GOx/AuNCs@ZIF-8纳米复合材料与游离GOx在甲醇中孵育2 h后的相对活性(红色孵育前，蓝色孵育后)。(C) 在室温下孵育14天，固定化的GOx(红色)和游离的GOx(红色)的相对活性。(D) 在不同温度下孵育1 h后，固定化GOx(黑色)和游离GOx(红色)的相对活性。

图4：(A) GOx/AuNCs@ZIF-8在紫外光照射下不同时间对0~20 mM浓度葡萄糖的比色响应。(B) GOx/AuNCs@ZIF-8纳米复合材料与游离GOx在甲醇中孵育2 h后的相对活性(红色孵育前，蓝色孵育后)。(C) 30分钟时RGB强度随不同葡萄糖浓度的变化(红:R，绿:G，蓝:B)。(D) I_B /I_R与30分钟0 ~ 20 mM葡萄糖浓度之间的关系。

参考文献

Y. Sun, T. Shu, J. Ma, Q. Dai, P. Peng, Z. Zhou, X. Zhou, L. Su, X. Zhang, Rational Design of ZIF-8 for Constructing Luminescent Biosensors with Glucose Oxidase and AIE-Type Gold Nanoclusters, Anal Chem, (2022) Doi: 10.1021/acs.analchem.1c05599.