文献分享JAmChemS [复制链接]

今天分享一篇年6月份发表在J.Am.Chem.Soc.上的文章，该文的通讯作者是华东理工大学顾金楼教授，他的主要研究方向是新型多孔材料（金属有机骨架、介孔材料、分级结构材料）及其在分离、检测、生态环境与生物医用等领域的应用研究。该文的第一作者为赵丽玮。

前列腺癌（PCa）是严重影响男性健康的最常见癌症之一。大多数患者在发病初期没有明显的临床症状。目前用于检测前列腺癌的方法主要有血液测试PSA（前列腺特异性抗原）浓度和前列腺磁共振成像（MRI），但这两种方法的准确度都没有达到理想状态。

肌氨酸被证实是早期PCa的临床标志物，其在尿液中的水平可用于简单和无创的早期诊断。正常生理条件下，人尿中的肌氨酸浓度为1.3×10?6mol·L?1，而在PCa病理过程中仅增加不到一个数量级。此外，探针通常容易受到临床样本中可能共存的生物分子的众多干扰，导致假阳性/阴性诊断的风险。基于此，作者成功设计了一种以完整的肌氨酸氧化酶（SOX）作为特异性识别单元，氧敏感分子作为信号报告分子级联反应模型。与鉴别PCa的传统特异性抗原试验相比，无需复杂和耗时的取样过程，也无需昂贵的自动化设备。

图1（A）通过Hofmeister离子介导模板策略实现可调节介孔尺寸的层次结构TCPP-Pt

HMUiO的一锅组装过程示意图。（B）不同TMB/F料比（a）0，（b）4.5，（c）9.1，（d）18.1，（e）27.2和（f）36.2时合成的TCPP-Pt

HMUiO的氮吸附等温线.。（C）相应的BJH孔径分布曲线。（D）初始反应物混合物中TMB含量对最终产物中孔尺寸分布的影响。

作者首先对TCPP-Pt

HMUIO进行了制备，选择F通过高氯酸根离子的霍夫曼离子的介导作用来指导mesoMOFs的生长。为了扩大F胶束的半径，从而调节mesoMOFs的介孔尺寸，将不同数量的疏水1,3,5-三甲基苯（TMB）作为膨胀剂加入到初始反应物中，复合胶束的截面半径与TMB/F的比值呈正相关，与TMB可以有效扩大F胶束半径的事实相一致，以BDC-NH2和TCPP-Pt为连接剂，通过TCPP-Pt

HMUiO的一锅组装将TCPP-Pt的O2敏感发光单元划分到MOFs的微孔壁上，成功合成TCPP-Pt

HMUIO。接着作者对TCPP-Pt

HMUIO进行了表征，测量了不同TMB/F比值下的各样品的N2吸附等温线和BET表面面积拟合曲线，图1的B和C表明介孔的不断增大。孔径采用吸附分支的BJH模型确定，图1D拟合了TMB/F投料比与TCPP-Pt

HMUiO中孔尺寸之间的非线性关系，当TMB/F的比值为36.2时，TCPPPt

HMUiO的中孔尺寸为12.1nm，比未加入TMB的TCPPPt

HMUiO的中孔尺寸（6.4nm）大近一倍。并发现进一步增加TMB的投加量不会明显增加介孔尺寸。

图2（A）TMB/F进料比为0的TCPP-Pt

HMUiO介孔纳米球SEM图像。（B）TMB/F进料比为9.1的TCPP-Pt

HMUiO介孔纳米球SEM图像。（C）TMB/F进料比为36.2的TCPP-Pt

HMUiO介孔纳米球SEM图像。（D）TMB/F进料比为0的TCPP-Pt

HMUiO介孔纳米球TEM图像。（E）TMB/F进料比为9.1的TCPP-Pt

HMUiO介孔纳米球TEM图像。（F）TMB/F进料比为36.2的TCPP-Pt

HMUiO介孔纳米球TEM图像。（G）合成的TCPP-Pt

HMUiO的STEM图像（最左边的面板）和Zr，Pt，C，N，O的元素映射。

作者从SEM和TEM图像中观察到介孔在不断拓展，并且该纳米颗粒的形态并没有因为加入TMB就发生变化，进一步证明整个NPs中存在高度开放的介孔，孔径大小与TMB的引入量呈正相关，合成的TCPP-Pt

HMUiO的元素映射显示了Zr、Pt、C、N和O元素的均匀分布，确认了TCPP-Pt预期注入框架，TCPP-Pt在微孔壁上的支撑可以有效地避免其在水相中的聚集猝灭。

图3（A）TCPP-Pt

HMUiO中孔尺寸对其SOX负载能力的影响。（B）级联传感平台在不同肌氨酸浓度下发光光谱的演变。（C）发光强度随肌氨酸浓度的变化曲线及相应的线性回归曲线。（D）不同中孔尺寸的TCPP-Pt/SOX

HMUiO在相同的测试时间内，在氧和缺氧条件下对肌氨酸的发光响应。

作者将不同介孔大小的MOFs与天然SOX一起孵育。通过图3A发现随着中孔尺寸从6.4nm增加到12.1nm，SOX的负载能力从41mg.g?1显著增加到mg.g?1，介孔尺寸越大，SOX负载能力越大。如图3B所示，TCPP-Pt/SOX

HMUiO探针的发光强度随着肌氨酸的加入从0到μM逐渐增加，在0~μM范围内，增强的发光强度与肌氨酸水平呈良好的线性关系，探针的检出限（LOD）为2.1M，与PCa患者尿中肌氨酸浓度窗吻合较好。如图3D所示，为了验证级联响应机理，作者进一步研究了不同介孔尺寸探针在含氧和缺氧条件下的传感特性，当溶解氧存在时，MOFs的介孔尺寸从8.3nm扩大到12.1nm，探针的发光响应幅值显著增加，用于检测肌氨酸（μM）。较大的介孔不仅有利于肌氨酸的扩散，而且有利于更多的SOX被固定（图3A）从而消耗更多的溶解氧，使得孔径为12.1nm的探针的发光强度最强。另一方面，在无氧条件下，无论SOX被固定化多少，探针几乎没有发光变化，因此，被检测环境中的溶解氧在肌氨酸的级联识别中起决定性作用。

图4（A）TCPP-Pt/SOX

HMUiO分别对肌氨酸、甘氨酸、络氨酸、组氨酸、丙氨酸、丝氨酸和尿酸在nm处的的发光强度。（B）在肌氨酸中加入不同干扰物TCPP-Pt/SOX

HMUiO在nm的发光强度。（C）三名PCa患者（红色列）、三名健康男性（绿色列）和三名健康女性（蓝色列）的TCPP-Pt/SOX

HMUiO发光强度。（D）添加不同浓度肌氨酸的人尿TCPP-Pt/SOX

HMUiO的发光光谱。

作者通过在TCPP-Pt/SOX

HMUiO悬浮液中分别加入肌氨酸，甘氨酸、酪氨酸、组氨酸、丙氨酸、丝氨酸和尿酸，发现TCPP-Pt/SOX

HMUiO只对SOX有响应。作者通过图4B发现，在有多种共存干扰分子存在的情况下，发光强度不会受到影响。接下来作者采用TCPP-Pt/SOX

HMUiO探针对6名健康志愿者（3男3女）和3名PCa患者的尿液样本中肌氨酸水平进行量化，可以观察到，与健康人组相比，PCa患者的尿液样本导致探针的发光强度显著增加，表明探针可以有效响应尿液样本中的肌氨酸。通过将探针的发光强度转换为生物标志物浓度，将患者样本的平均肌氨酸浓度计算为16.9μM，约为正常人的8倍。这些结果表明，所研制的探针可以有效、准确地为PCa患者提供肌氨酸生物标志物的阳性诊断。作者将患者1的尿样加入感觉系统后，TCPP-Pt/SOX

HMUiO探针的发光强度增加，定量得到肌氨酸浓度约为21.25μM。当添加额外的肌氨酸（30μM）时，可以观察到更强的发光增强（图4D，蓝线），计算出的肌氨酸浓度与额外添加的肌氨酸量吻合良好，进一步预示了它在从大量无症状健康或患病人群中筛查PCa患者方面的巨大实用前景。

作者提出了一种酶辅助传感策略，用于前列腺癌患者的特异性筛查。新开发的具有连续可调介孔尺寸在6.4-12.1nm之间的分级介孔材料保证了封装SOX和集成氧敏指示剂的协同工作。该探针可在0~μM范围内实现肌氨酸的线性荧光定量，LOD为2.1μM。基于酶促反应的敏感性和特异性，成功实现了PCa个体与健康人尿液样本中微小肌氨酸变化的间接鉴定。启示：通过改变固定化酶的类型，酶辅助底物传感的概念可以简单地扩展，有望为合理设计多种探针以定量复杂生物样品中的特定生物标志物。

作者：陆萌萌

核稿者：李宗婴、蒋金玲、刘丽、张馨

上传者：刘继红

原文链接：