基于单金属有机框架(UiO-66-NH2(Ce))的无串扰双模式生物传感平台：α-葡萄糖苷酶活性监测与抑制剂筛选新策略

本文推荐一种基于铈掺杂金属有机框架(UiO-66-NH2(Ce))的创新双模式生物传感器，通过正交比色/荧光信号通路实现α-葡萄糖苷酶(α-Glu)的无串扰检测。该平台利用酶促反应产物氢醌(HQ)同步调控Ce4+的氧化酶模拟活性和配体-金属电荷转移(LMCT)效应，检测限低至0.0094 U/L(荧光模式)，并成功应用于人血清检测和抑制剂(如阿卡波糖)IC50测定。

　　

Highlight

本研究开发了一种基于单一铈掺杂金属有机框架(UiO-66-NH₂(Ce))的无串扰双模式生物传感平台，通过正交比色和荧光信号通路实现α-葡萄糖苷酶活性的高灵敏度检测及抑制剂筛选。

Material design and characterization

透射电镜(TEM)显示UiO-66-NH₂(Ce)呈现规整的八面体形貌，平均边长350 nm（图1a）。高角环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)结合能谱(EDS)证实了C、N、O和Ce元素的均匀分布（图S1）。X射线光电子能谱(XPS)验证了Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原对的共存，而傅里叶变换红外光谱(FT-IR)显示配体成功整合到框架中。

Dual-mode sensing mechanism

该平台通过α-葡萄糖苷酶催化α-熊果苷水解产生氢醌(HQ)，触发三重比色信号关闭机制：1）将催化活性中心Ce⁴⁺还原为Ce³⁺；2）清除关键超氧自由基(O₂•^-)；3）直接还原氧化型TMB(oxTMB)。与此同时，Ce³⁺的电子饱和4f轨道终止配体-金属电荷转移(LMCT)，导致荧光恢复。这种价态依赖的信号传导实现了真正的信号解耦。

Analytical performance evaluation

在最优条件下，该传感器对α-葡萄糖苷酶的检测限达到0.0166 U/L（比色模式）和0.0094 U/L（荧光模式），线性范围分别为0.05-10 U/L和0.02-10 U/L。在人血清样本检测中回收率为96.3-104.7%，且对潜在干扰物表现出优异的选择性。

Inhibitor screening application

该平台成功用于α-葡萄糖苷酶抑制剂阿卡波糖的筛选，荧光和比色模式测得的IC₅₀值分别为8.13 μM和10.06 μM，与文献报道结果高度一致。这种"双锁"验证机制显著提高了药物筛选的可靠性。

Conclusion

这项研究通过单MOF架构实现了真正无串扰的双模式生物传感，为开发具有自验证功能的新型诊断工具和药物筛选平台提供了范式。