Eu/CDs@MOF-808：一种新型双功能荧光传感器，用于灵敏检测腺苷三磷酸和尿酸

引言

腺苷三磷酸（ATP）和尿酸（UA）是人体代谢过程中重要的生物标志物，其浓度的变化与多种疾病的发生密切相关。ATP作为高能化合物，参与物质代谢和合成，提供能量供应，促进细胞修复和再生，增强代谢活动。尿酸则是嘌呤代谢的主要产物，其水平变化与痛风、高血压、肾脏疾病等疾病密切相关。因此，开发一种灵敏、快速、可靠的生物传感器用于ATP和UA的检测，对于疾病的早期诊断和预防具有重要意义。

正文

一、研究背景与意义

传统的ATP和UA检测方法包括比色法、高效液相色谱（HPLC）、表面增强拉曼光谱（SERS）和电化学方法等。这些方法虽然具有较高的灵敏度，但存在设备昂贵、操作复杂、耗时长、样品预处理繁琐等局限性，限制了其在临床和现场检测中的应用。荧光检测方法因其简单、便捷、成本低等优点被广泛应用，但其发射强度易受多种因素干扰，导致定量检测的准确性降低。比率荧光传感器通过记录两个不同波长的荧光强度，能够有效减少背景干扰，提高检测的准确性。因此，开发基于比率荧光的ATP和UA检测方法具有重要的研究价值和应用前景。

二、Eu/CDs@MOF-808的制备与特性

本研究设计并合成了一种新型功能化的金属-有机框架材料（Eu/CDs@MOF-808），用于构建比率荧光传感平台，实现对ATP和UA的检测。Eu/CDs@MOF-808通过原位生长法将荧光碳点（CDs）封装在MOF-808的结构中，再通过后合成修饰策略引入稀土离子（Eu³⁺）。该复合材料展现出优异的光学性能。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对Eu/CDs@MOF-808的形貌、结构和组成进行了详细表征。Eu/CDs@MOF-808呈现出规则的八面体结构，CDs均匀分布在MOF-808的基质中，且Eu³⁺成功嵌入到MOF-808中。

三、Eu/CDs@MOF-808的荧光性能及其检测机制

Eu/CDs@MOF-808在290 nm激发下展现出两种不同的发射峰，分别对应于CDs的440 nm和Eu³⁺的614 nm。ATP的加入显著增强了CDs的特征峰强度，而Eu³⁺的特征峰强度变化较小。相反，UA的加入导致Eu³⁺的特征峰强度显著降低，而CDs的特征峰强度保持稳定。Eu/CDs@MOF-808对ATP和UA的检测机制进一步通过SEM、FTIR、XRD、理论计算和紫外吸收光谱等技术进行了研究。ATP通过与Eu/CDs@MOF-808中的Zr⁴⁺特异性结合，破坏了Eu/CDs@MOF-808的框架结构，导致CDs释放，从而增强了CDs的荧光强度。UA的加入则通过内部滤光效应（IFE）或荧光共振能量转移（FRET）机制导致Eu³⁺的荧光猝灭。

四、Eu/CDs@MOF-808的检测性能

Eu/CDs@MOF-808对ATP的检测表现出良好的线性关系，检测限为0.22 μM，响应时间为1分钟，且具有优异的抗干扰性能。对于UA的检测，Eu/CDs@MOF-808在0.04-300 μM和300-650 μM的浓度范围内均展现出良好的线性关系，检测限为0.04 μM，响应时间为200秒，同样具有良好的抗干扰性能。此外，Eu/CDs@MOF-808还能够实现ATP和UA的共存检测，通过“缓冲至饱和”策略有效减少了两种分析物之间的相互干扰，实现了对ATP和UA的定量分析。

五、实际样品中的应用与验证

为了验证Eu/CDs@MOF-808传感器的实际应用潜力，研究人员将其应用于人血清和尿液中ATP和UA的检测。实验结果表明，该传感器在实际样品中具有良好的检测性能，ATP和UA的回收率在98.73%-102.4%之间，相对标准偏差小于3.52%，表明该方法可以用于实际样品中ATP和UA的测定。

结论

本研究成功开发了一种新型功能化的金属-有机框架材料Eu/CDs@MOF-808，用于腺苷三磷酸和尿酸的灵敏检测。Eu/CDs@MOF-808通过原位生长和后合成修饰策略成功引入了CDs和Eu³⁺，展现出优异的光学性能和检测性能。该传感器对ATP和UA的检测具有良好的线性范围、低检测限、快速响应和优异的抗干扰性能，且能够实现ATP和UA的共存检测。此外，Eu/CDs@MOF-808在实际样品中也表现出良好的检测性能，为ATP和UA的检测提供了一种新的方法，具有重要的应用前景。

图1.双发射探针制备过程示意图

图2. 不同放大倍数下的 MOF-808（a-c）、CDs@MOF-808（d-f）和 Eu/CDs@MOF-808（g-i）的 SEM 图像

图3. (a) Eu/CDs@MOF-808 和 Eu/CDs@MOF-808 + ATP 的 FTIR 光谱，(b) H3BDC 和 UA 的 HUMO 和 LUMO 能级，(c) UA（红线）、ATP（紫色）的紫外吸收光谱和 Eu/CDs@MOF-808（黑线）的激发光谱，(d) 添加 UA 之前和之后的荧光寿命

参考文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157234