背景介紹：
無機砷（As）由于其高毒性和致癌性嚴重威脅著人類的生存環(huán)境和健康安全。高劑量的無機砷能夠與天然酶相互作用影響人體內生理過程，從而導致皮膚疾病、器官衰竭、惡性腫瘤甚至死亡。鑒于無機砷的高危險性，許多國家和組織對樣品中的無機砷制定了嚴格限制。例如世界衛(wèi)生組織將飲用水中的無機砷最高含量定為10 μg/L；我國將大米中無機砷最高含量定為0.2 mg/kg。因此，亟需設計和開發(fā)具有高靈敏度、高特異性和良好實用性的無機砷分析檢測方法。
近期，江蘇大學的潘建明教授課題組報道了一種基于比率熒光生物傳感器ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)分析方法，相關成果以“One-pot construction of acidphosphatase and hemin loaded multifunctional metal–organic framework nanosheetsfor ratiometric fluorescent arsenate sensing”為題發(fā)表在國際學術雜志Journal of Hazardous Materials上（DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124407）。
研究的主要內容介紹：
本研究在室溫下采用一鍋法利用酸性磷酸酶（ACP）、氯化血紅素（hemin）、Zn2+、2-氨基對苯二甲酸（NH2-BDC）和對苯二甲酸（BDC）等材料自組裝制備了ACP/hemin@Zn-MOF。其中hemin賦予了ACP/hemin@Zn-MOF類過氧化物酶活性，2-氨基對苯二甲酸配體賦予了ACP/hemin@Zn-MOF熒光特性（激發(fā)波長為410 nm，發(fā)射波長為452 nm）。ACP/hemin@Zn-MOF能夠在H2O2存在下催化鄰苯二胺（OPD）氧化，形成2，3-二氨基吩嗪（DAP）。DAP也具有熒光信號（激發(fā)波長為410 nm，發(fā)射波長為564 nm）。由于熒光內慮效應，在ACP/hemin@Zn-MOF+H2O2+OPD反應系統(tǒng)中生成DAP時，DAP的熒光信號（564 nm）會升高，而ACP/hemin@Zn-MOF本身的熒光信號（452 nm）會降低。當在反應體系中加入磷酸抗壞血酸酯（AAP）時，ACP/hemin@Zn-MOF上的ACP能夠水解AAP產生AA并抑制OPD的氧化，導致DAP熒光信號（564nm）的降低和ACP/hemin@Zn-MOF熒光信號的恢復（452nm）。當添加As（V）時，As（V）能夠抑制ACP活性，使其不能水解AAP，導致DAP熒光信號（564 nm）的再次升高和ACP/hemin@Zn-MOF熒光信號的再次降低（452 nm）?；谶@一原理，ACP/hemin@Zn-MOF能夠實現(xiàn)As（V）（3.33 – 300 μg/L）的高靈敏度和高選擇性檢測，檢測限低至1.05 μg/L。此外，還利用ACP/hemin@Zn-MOF成功實現(xiàn)了對稻谷中總砷和As（V）的準確檢測。
圖1 基于ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)比率檢測示意圖
圖2 基于ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)比率檢測機理圖
小結：本研究開發(fā)了一種比率熒光生物傳感器ACP/hemin@Zn-MOF，用于As(Ⅴ)的高性能檢測。ACP/hemin@Zn-MOF是在室溫下采用一鍋法自組裝制備而成，它起著三重作用：（1）負載的hemin具有類過氧化物酶活性；（2）Zn-MOF配體使得ACP/hemin@Zn-MOF具有熒光信號；（3）ACP具有特異性識別As(Ⅴ)功能。通過將ACP催化AAP水解與hemin催化的OPD氧化相結合，實現(xiàn)了高靈敏度和高選擇性的As（V）檢測。此外，本研究還利用ACP/hemin@Zn-MOF對稻谷樣品中的總砷和As（V）進行檢測，表明了其在實際食品和環(huán)境分析中的潛在作用。
