AFM 重磅：东北大学研发新型 MOF 传感平台 17 分钟实现单细菌级超灵敏检测

细菌感染仍是全球公共卫生的重大威胁，在食品安全、临床诊断和环境监测等领域，快速、灵敏的细菌检测技术一直是迫切需求。传统平板计数法需 2-3 天才能出结果，核酸扩增和免疫检测虽速度有所提升，但依赖昂贵设备与专业人员，且难以实现痕量检测。近日，东北大学宋艳艳教授团队开发出一种基于三配体锆基金属有机框架（Zr-MOF）的聚集诱导电化学发光（AIECL）传感平台，实现了 17 分钟内单细菌级别的超灵敏检测，为床旁快速细菌诊断提供了全新解决方案。

该研究的核心创新在于构建了名为 Zr-TPE-3 的多功能 MOF 材料。团队创新性地将三种四苯乙烯（TPE）衍生配体与锆离子配位：主配体 TCPE 保证框架的结构刚性和孔隙率；双齿配体 DPEB 保留部分自由苯环，拓宽了检测动态范围；单齿配体 TPE-COOH 则作为磷酸盐的特异性识别位点。这种独特的三配体架构既解决了传统 TPE 基材料 ECL 发光弱、水分散性差的问题，又赋予材料优异的离子响应性 —— 当离子进入 MOF 孔道时，会限制 TPE 单元侧链苯环的旋转振动，抑制非辐射跃迁，使 ECL 信号较传统单配体MOF 增强 1.7 倍。

图 1：Zr-TPE-3 的合成路线及三种 MOF 的形貌、晶体结构表征

传感器采用 "酶促反应 - 信号淬灭" 的检测机制，以细菌胞内普遍存在的碱性磷酸酶（ALP）为生物标志物。当细菌裂解后释放的 ALP 水解底物产生磷酸根离子时，磷酸根会选择性置换 Zr-TPE-3 中的单齿配体 TPE-COOH，导致发光单元脱落，ECL 信号发生特异性淬灭。通过定量检测信号强度的变化，即可精准推算出样品中的细菌浓度。

图 2：三种 MOF 的结构表征、荧光性能及 ECL 发射机理与信号对比

实验数据显示，该平台展现出卓越的检测性能：对金黄色葡萄球菌的检测限低至 0.5 CFU/mL，对李斯特菌和大肠杆菌的检测限分别为 3.8 CFU/mL 和 4.9 CFU/mL，均达到单细菌级别灵敏度，完全满足临床早期感染 10-10³ CFU/mL 的检测需求。整个检测流程仅需 17 分钟，远快于传统方法。此外，传感器对常见金属离子、阴离子及葡萄糖、抗坏血酸等生物分子具有优异的抗干扰能力，在复杂生物基质中仍能保持稳定性能，且可在 4℃下储存 30 天而活性无明显下降。

图 3：Zr-TPE-3 的磷酸根响应机理、传感性能及稳定性测试

 研究团队表示，这项技术突破了传统细菌检测在灵敏度和速度上的双重瓶颈，其简单的信号触发机制和优异的稳定性，为开发低成本、便携式床旁诊断设备奠定了基础。未来，该平台有望广泛应用于食品安全快速筛查、临床感染即时诊断、饮用水质量监测等场景，尤其在基层医疗和突发公共卫生事件中发挥重要作用。同时，这种响应型 MOF 的设计策略也为其他生物标志物的高灵敏传感提供了新思路。

参考文献：Wang Z, Li J, Wang S, et al. Phosphate‐Modulated Aggregation‐Induced Electrochemiluminescent Zr‐MOF for Ultrasensitive Bacterial Detection[J]. Advanced Functional Materials, 2026, 36(11): e18535.