近日，扬州大学杨占军教授、李娟教授团队与江苏省苏北人民医院医学检验科任传利主任合作在Chin Chem Lett发表了题为Universal MOF nanozyme-induced catalytic amplification strategy for label-free electrochemical immunoassay的论文（2024年35卷109664），Doi：10.1016/j.cclet.2024.109664。扬州大学化学化工学院杨占军教授、李娟教授、江苏省苏北人民医院医学检验科任传利主任为本文通讯作者，扬州大学化学化工学院硕士生刘瑞新为本文第一作者，扬州大学化学化工学院为第一作者单位。
【工作亮点】
这篇文章提出了一种基于金属有机框架（MOF）纳米酶诱导的催化放大策略，用于构建高灵敏度的无标记电化学免疫分析。具体合成了具有优异类过氧化物酶活性的铜铁双金属MOF纳米酶，能够催化过氧化氢产生具有高氧化能力的羟基自由基，进一步氧化邻苯二胺产生电化学信号。利用这种纳米酶，开发了一种新型的无标记电化学免疫传感器，通过监测与目标抗原浓度相关的电化学信号变化，实现了对免疫球蛋白G（IgG）的定量检测。这项工作为无标记电化学免疫分析的发展提供了一种有前景的纳米酶诱导催化放大策略。
图1. CuFe-MOF纳米酶合成及电化学免疫分析检测示意图。
【研究背景】
作为电化学免疫分析的重要分支，无标记电化学免疫传感器由于其简单的操作程序、快速的分析速度以及无需使用二抗等优点，已成为检测疾病标志物一种有前景的方法。然而，传统无标记免疫传感器上修饰的材料对电活性探针（如铁氰化钾）的催化能力较低，不利于检测低浓度的目标分子。因此，开发具有高催化性能的纳米材料修饰在电极界面上并引入新型电活性分子，从而增强对目标分析物检测的灵敏度，对于无标记电化学免疫传感器至关重要。一些金属有机框架（MOFs）纳米材料具有类似于酶的生物催化活性。与碳材料、贵金属或过渡金属化合物的纳米酶相比，MOFs纳米酶显示出多功能性和结构可调性等独特特点，且双金属MOFs还表现出优异的导电性、结构稳定性和高催化活性。因此，这项工作提出的MOF纳米酶诱导催化放大策略为无标记电化学免疫分析检测疾病标志物提供了新思路和可能性。
【图文解析】
图2. CuFe-MOF的SEM图像（A）、TEM图像（B）、XRD（C）、HAADF-STEM图像和元素映射图像（D）；紫外可见光谱图（E）：（a）TMB、（b）TMB+H2O2、（c）TMB+H2O2+CuFe-MOF（插图是对应于曲线a、b和c的比色照片）。
首先CuFe-MOF纳米酶进行表征。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像（图2A，B）可以明显看出CuFe-MOF纳米酶的表面非常光滑，形貌为均匀的纺锤形，平均长度约为600 nm。X射线衍射（XRD）图谱（图2C）显示，CuFe-MOF纳米酶的晶体结构不受Cu掺杂的影响，并且未发现额外的杂质衍射峰。元素映射表征显示了CuFe-MOF纳米酶中碳、氮、铜和铁元素的均匀分布。此外，能量色散X射线（EDX）光谱证实了CuFe-MOF中存在碳、氮、铁和铜等元素，进一步证明了CuFe-MOF纳米酶成功合成（图2D）。为了探索CuFe-MOF纳米酶的类过氧化物酶活性，实验中使用显色底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB），并通过紫外可见（UV-vis）光谱跟踪反应进程。如图2E所示只有当CuFe-MOF纳米酶添加到TMB+H2O2溶液中时，观察到明显的蓝色，并在652 nm处有明显的吸收峰（曲线c）。该现象有力地证明CuFe-MOF纳米酶优异的类过氧化物酶催化能力。
图3. CuFe-MOF纳米酶的酶促动力学。
图3展示了CuFe-MOF纳米酶的酶促动力学测试结果，以进一步阐明其过氧化物酶样催化活性。当H2O2的浓度改变而TMB的浓度不变时，CuFe-MOF纳米酶的Km和Vm值分别为0.14 mmol/L和4.13×10-8mol L-1 s-1。对应地，在相同的反应条件下，保持H2O2浓度不变，改变TMB浓度，发现CuFe-MOF的Km和Vm值分别为0.41 mmol/L和4.56×10-8mol L-1 s-1。这进一步表明CuFe-MOF具有优异的类过氧化物酶样活性。
图4. 基于CuFe-MOF纳米酶的电化学免疫分析检测性能。
图4显示了电化学免疫传感器的分析检测性能。随着IgG浓度增加，DPV电流响应呈现逐渐减小的趋势。此外标准曲线显示，在0.001至50 ng/mL范围内，峰电流与IgG浓度之间存在良好的线性关系，检测限低至0.45 pg/mL，表明所提出的无标记免疫传感器可以高敏感检测肿瘤标志物。这归因于CuFe-MOF纳米酶对电化学底物的高催化能力。
总体而言，这种基于MOF纳米酶的催化放大策略可应用在无标记电化学免疫分析高灵敏检测疾病标志物，对于临床诊断和其他领域具有广阔的应用前景。
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