【Fe-MIL-88B-NH₂】葡萄糖氧化酶整合的金属有机框架杂化物作为仿生级联纳米酶用于超灵敏葡萄糖生物传感

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摘要：
作者制备了Fe-MIL-88B-NH₂（Fe-MOF）与葡萄糖氧化酶（GOx）的整合系统（Fe-MOF-GOx）。该杂化物结合了天然酶的选择性和纳米酶的可控催化活性，稳定性和可重复使用性优于游离酶系统，用于比色检测葡萄糖时线性范围为1-500μM，检测限0.487μM，在血清样本中应用良好。

研究背景：
1.行业问题和研究现状：葡萄糖检测对健康监测至关重要，但现有级联催化系统（GOx与过氧化物模拟酶）存在底物扩散能力低、中间体不稳定、GOx浪费等问题，效率受限。
2.本文创新：利用Fe-MOF的过氧化物酶活性、高稳定性和生物相容性，通过EDC/NHS介导的酰胺化反应固定GOx，形成整合系统，减少H₂O₂扩散和分解，提升级联催化效率。

实验部分：
1.材料合成
   - Fe-MOF合成：采用水热法，FeCl₃·6H₂O与2-氨基对苯二甲酸在110℃反应24小时，得到纺锤形颗粒（约200nm）。
   - Fe-MOF-GOx合成：GOx与EDC混合（37℃，15分钟），加入NHS和Fe-MOF反应2小时，离心得到产物，GOx负载量41μg/mg。
2.葡萄糖比色检测
   - 步骤：96孔板中加入Fe-MOF-GOx、醋酸缓冲液、葡萄糖和TMB，37℃孵育30分钟，监测652nm吸光度。
   - 结果：葡萄糖浓度1-500μM时吸光度线性增加（R²=0.990），检测限0.487μM，120分钟内完全降解葡萄糖。
3.稳定性测试
   - 步骤：测试不同pH（2-8）、温度（25-70℃）下的活性，重复使用5次。
   - 结果：Fe-MOF-GOx在pH4.0、37℃活性最佳，酸碱和高温耐受性优于游离酶系统，5次循环后活性无明显下降。

分析测试：
1.形貌与结构
   - SEM/TEM：Fe-MOF为纺锤形（约200nm），Fe-MOF-GOx保留形貌；XRD证实晶体结构未破坏。
   - CLSM：RhB标记的GOx显示红色荧光，证实GOx成功固定。
2.催化性能
   - 过氧化物酶活性：Fe-MOF催化H₂O₂氧化TMB，652nm有特征峰，•OH捕获实验（TA）显示450nm荧光峰；动力学参数Kₘ小（TMB：2.6×10⁻³M，H₂O₂：1.3×10⁻³M），Vₘₐₓ高，活性优异。
3.机理揭示
   - 整合系统通过“纳米级 proximity效应”，使GOx生成的H₂O₂立即被Fe-MOF利用，减少扩散和分解，提升级联效率。

总结：
1.主要结果：Fe-MOF-GOx实现超灵敏葡萄糖检测，稳定性和可重复使用性优异，血清样本检测结果可靠。
2.创新突破：首次通过共价整合构建Fe-MOF-GOx仿生级联纳米酶，解决游离酶系统的缺陷。
3.潜在意义：为临床葡萄糖检测提供高效方法，推动纳米酶-天然酶整合系统在生物传感中的应用。

Glucose Oxidase-Integrated Metal−Organic Framework Hybrids as Biomimetic Cascade Nanozymes for Ultrasensitive Glucose Biosensing
文章作者：Weiqing Xu, Lei Jiao, Hongye Yan, Yu Wu, Lijuan Chen, Wenling Gu, Dan Du, Yuehe Lin, Chengzhou Zhu
DOI：10.1021/acsami.9b03004
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b03004

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