第一作者：贺福晴2023级硕士生

通讯作者：汤晶副教授，汤琳教授

论文DOI：10.1021/acsami.5c19256

图文摘要

成果简介

近日，湖南大学环境科学与工程学院汤琳课题组在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了题为 “Exploiting Aptamer-Modulated Interfacial Effects of Metal-Organic Framework-Derived Nanozymes for Specific Colorimetric Sensing of Histamine” 的研究论文（10.1021/acsami.5c19256）。该研究针对适配体纳米酶传感器中适配体、纳米酶及分析物间界面相互作用的传感机制尚不明确的问题，构建了一种基于金属有机框架（MOF）衍生纳米酶（Pd/Pt@UiO66-NH₂）的适配体比色传感器，实现了对组胺的高特异性、快速检测。通过系统研究适配体、纳米酶与分析物之间的界面相互作用，首次揭示了适配体调控纳米酶活性的双重抑制机制，这种抑制作用显著提升了检测灵敏度。与其他组胺检测方法相比，该研究的比色传感策略表现出更宽的检测范围（0.045 - 89.97 μM）、更低的检测限（3.6 nM）以及更快的响应时间（3 min）。在真实样品（如厨余垃圾堆肥）中检测结果与使用商业酶联免疫试剂盒（ELISA）获得的结果高度一致（回收率98.55% - 103.49%）。该传感器在4 ℃储存5周后仍保持81.71%的活性，重复检测相对标准偏差小于1.38%，具备优异的长期稳定性和可靠性。

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本研究利用适配体调控的MOF衍生纳米酶界面效应构建了比色传感器，实现了对组胺的高特异性、快速检测。深入解析了适配体、纳米酶与分析物之间的界面相互作用，首次揭示了适配体调控纳米酶活性的双重机制，为构建高效的比色传感策略提供了独特的见解。

图文导读

一、传感器响应机制

Figure 1. (A) Reactive oxygen species scavenging assay; (B) EPR signals at different reaction systems; (C) catalytic mechanism of the colorimetric sensor.

FT-IR、XPS、EPR和自由基淬灭实验等结果表明，Pd/Pt@UiO66-NH₂ 纳米酶催化 H₂O₂ 产生O₂^·-和•OH。这些活性氧（ROS）随后氧化底物TMB，生成蓝色产物 ox-TMB，适配体通过与纳米酶金属中心局部配位和氢键作用掩蔽纳米酶活性位点，且组胺结合后在纳米酶表面与TMB竞争ROS，形成双重抑制效应。该效应显著提高了检测灵敏度，且具有高度特异性。

二、传感器性能评估

Figure 2. (A) UV−vis absorption spectra of colorimetric analysis with different HA concentrations (from a to i: 0, 0.045, 0.090, 0.450, 0.900, 4.498, 8.997, 44.984, and 89.97 μM). (B) Linear fitting relationship between absorbance values versus the lg C_HA.

Figure 3. Investigation of (A) selectivity, (B) repeatability, (C) long-term stability, and (D) accuracy for long-term HA detection of the colorimetric sensor.

在优化条件下，该比色传感器实现了组胺的超宽检测范围（0.045 - 89.97 μM），检出限低至3.6 nM。传感器还表现出高选择性和良好的重复性。传感器的长期稳定性评估结果表明，在4 ℃存储5周后，Pd/Pt@UiO66-NH₂纳米酶和适配体修饰纳米酶（Apt-Pd/Pt@UiO66-NH₂）分别保留了其初始催化活性的88.39%和81.71%。此外，3周后，传感器对低浓度和高浓度组胺的检测准确率分别保持在82.22%和85.93%。说明该适配体纳米酶比色传感器具有卓越的检测性能。

小结

本研究成功构建了一种适配体纳米酶比色传感器，用于组胺的快速检测。研究首次揭示其检测机制依赖于双重抑制过程，并通过在好氧堆肥中监测组胺动态变化成功验证了其实际应用潜力。该传感器克服了传统方法对复杂仪器的依赖，为食品安全、环境监测及有机固废资源化过程的智能监控提供了便携、低成本的解决方案。