【MOF光传感器】基于适配体-鲁米诺修饰的磁性氧化石墨烯和铜基MOF复合物的甲胎蛋白检测新型化学发光传感器

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摘要：
济南大学罗川南、Yuanling Sun老师等报道的本篇文章（Anal. Methods, 2024）中提出了一种新型的化学发光(chemiluminescence, CL)传感器，用于检测甲胎蛋白(alphafetoprotein, AFP)。该传感器基于修饰有AFP寡核苷酸(luminol-modified magnetic graphene oxide, MGO-cDNA/Apt–luminol)的磁性氧化石墨烯和铜基金属有机框架(ZnONPs-Au@CuMOFs)的复合物。当AFP存在时，AFP会特异性地识别并结合到修饰在MGO-cDNA/Apt–luminol上的寡核苷酸，导致鲁米诺释放并触发CL反应。释放的鲁米诺与ZnONPs-Au@CuMOFs相遇，产生强烈的CL强度。因此，建立了一种具有高选择性和灵敏度的新型目标触发型“开启式”CL方法，用于AFP的检测。该方法的线性范围为1.0 × 10^−4–50 ng mL−1，检测限为4.2 × 10^−5 ng mL−1。传感器还表现出良好的选择性、重复性和稳定性，并最终用于血清样本中的AFP检测。

研究背景：
1. 甲胎蛋白(AFP)是一种重要的血清标志物，用于诊断和监测原发性肝癌。成人AFP浓度低，难以检测，且与肿瘤的发生和生长密切相关。
2. 已有多种AFP检测方法，如电化学传感器、光电化学免疫传感器、电化学发光免疫传感器、酶联免疫吸附测定、表面增强拉曼散射和化学发光传感器等。
3. 本文创新：
   - 提出了一种基于寡核苷酸修饰的磁性氧化石墨烯和铜基金属有机框架复合物的新型化学发光传感器。
   - 利用寡核苷酸作为识别元件和CL信号开关，提高了检测的选择性。
   - 引入了ZnONPs-Au@CuMOFs作为催化剂，增强了CL反应的发光强度，提高了检测灵敏度。

实验部分：
1. 磁性氧化石墨烯(MGO)的合成：
   - 0.25 g氧化石墨烯(GO)加入80 mL乙二醇中超声3小时。
   - 加入0.82 g FeCl3和1.65 g CH3COONa搅拌2小时，200 °C反应6小时。
   - 磁分离收集产物，60 °C干燥。
2. MGO-cDNA的制备：
   - 0.24 g MGO、0.35 g EDC和0.90 g NHS加入100 mL PBS中搅拌30分钟。
   - 加入100 mL 50 mmol/L cDNA，37 °C孵育5小时，磁分离去除过量cDNA。
   - 产物在4 °C保存，1.0 mmol/L MCH中激活1小时。
3. Apt–luminol的合成：
   - 0.0060 g luminol溶解在6 mL 2.5 wt%的戊二醛中磁力搅拌2小时。
   - 加入200 mL 50 mmol/L Apt，37 °C孵育24小时，4 °C保存。
4. MGO-cDNA/Apt–luminol的制备：
   - 5 mL MGO-cDNA和8 mL Apt–luminol在10 mL PBS中混合，过夜孵育。
   - 磁分离去除未连接的Apt–luminol，产物在4 °C保存。
5. ZnONPs-Au@CuMOFs的合成：
   - 0.25 g PVP加入125 mL 0.01 mol/L CuSO4中，加入25 mL 1.50 mol/L NaOH和25 mL 0.10 mol/L抗坏血酸，制备Cu2O。
   - 10 mL 3 mmol/L HAuCl4加入10 mL 0.3 mg/mL Cu2O醇溶液中，搅拌1分钟，制备Au@CuMOFs。
   - 5 mL 10 mg/mL ZnO分散液加入含PDDA的Tris和NaCl溶液中，超声分散后搅拌2小时，制备ZnONPs-Au@CuMOFs。
6. 化学发光传感器构建的可行性研究：
   - 制备和表征ZnONPs-Au@CuMOFs，研究其催化性能和可能的催化机制。
7. 血清样本中AFP的检测：
   - 0.20 mL 1.25 × 10^−4 mol/L MGO-cDNA/Apt–luminol与10 mL待测血清混合，PBS稀释。
   - 0.25 mg ZnONPs-Au@CuMOFs加入催化剂管，用PBS稀释至25 mL。
   - 优化条件下进行AFP样品测试和空白测试。

分析测试：
1. 样品形态学表征：使用SEM检查GO和MGO的表面形貌，MGO显示出磁性粒子特征。
2. 官能团分析：FTIR分析显示MGO在620 cm−1处有Fe3O4特征吸收峰。
3. 晶体结构分析：XRD分析显示MGO的六组晶面与GO相比有微小偏移。
4. 磁性能测试：VSM测试显示MGO的饱和磁化值为21.5 emu g−1。
5. 鲁米诺和寡核苷酸的连接效率：UV-vis光谱分析显示Apt与luminol成功连接。
6. 比表面积和孔隙结构分析：
   - ZnONPs-Au@CuMOFs的比表面积为651.3 m²/g，孔径约为10.98 nm。
7. 催化性能测试：
   - ZnONPs, CuMOFs或Au@CuMOFs增强了CL强度，ZnONPs-Au@CuMOFs表现最强。
8. 动力学参数测定：
   - ZnONPs-Au@CuMOFs对H2O2的Michaelis常数(Km)为0.344 mmol/L。
9. 活性氧物种(ROS)的鉴定：
   - 使用TPA作为羟基自由基(OHc)的清除剂，检测到ZnONPs-Au@CuMOFs催化H2O2分解产生OHc。
10. 化学发光传感器的优化条件：
    - 流泵速度、反应溶液的pH和离子强度等条件的优化。
11. 分析性能评估：
    - AFP浓度与CL强度的线性关系，检测限和线性范围的确定。
12. 选择性、稳定性和重复性测试：
    - 与市售ELISA试剂盒结果对比，验证传感器的选择性、稳定性和重复性。

总结：
本文成功构建了一种新型的AFP化学发光传感器，该传感器利用了磁性氧化石墨烯和铜基金属有机框架复合物的优势，实现了对AFP的高选择性和高灵敏度检测。通过优化实验条件，该传感器在1.0 × 10^−4到50 ng mL−1的范围内具有良好的线性关系，检测限低至4.2 × 10^−5 ng mL−1。此外，传感器在实际血清样本中也表现出良好的应用潜力。

展望：
本文的研究为AFP的检测提供了新的思路和方法。未来，作者可以进一步探索不同种类的寡核苷酸作为识别元件，以扩展传感器的应用范围。同时，可以对传感器的稳定性和长期实用性进行更深入的研究。此外，探索传感器在复杂生物样本中的适用性，以及开发便携式检测设备，将有助于推动该技术在临床诊断中的实用化。

A novel chemiluminescence sensor for alphafetoprotein detection based on an aptamer–luminol modified magnetic graphene oxide and copper-based MOF composite†
文章作者：Juntao Liu, Xueying Wang, Yuanling Sun* and Chuannan Luo *
DOI: 10.1039/d4ay01175a
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ay/d4ay01175a

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