背景介绍：

无机砷（As）由于其高毒性和致癌性严重威胁着人类的生存环境和健康安全。高剂量的无机砷能够与天然酶相互作用影响人体内生理过程，从而导致皮肤疾病、器官衰竭、恶性肿瘤甚至死亡。鉴于无机砷的高危险性，许多国家和组织对样品中的无机砷制定了严格限制。例如世界卫生组织将饮用水中的无机砷最高含量定为10 μg/L；我国将大米中无机砷最高含量定为0.2 mg/kg。因此，亟需设计和开发具有高灵敏度、高特异性和良好实用性的无机砷分析检测方法。

近期，江苏大学的潘建明教授课题组报道了一种基于比率荧光生物传感器ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)分析方法，相关成果以“One-pot construction of acidphosphatase and hemin loaded multifunctional metal–organic framework nanosheetsfor ratiometric fluorescent arsenate sensing”为题发表在国际学术杂志Journal of Hazardous Materials上（DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124407）。

研究的主要内容介绍：

本研究在室温下采用一锅法利用酸性磷酸酶（ACP）、氯化血红素（hemin）、Zn²⁺、2-氨基对苯二甲酸（NH₂-BDC）和对苯二甲酸（BDC）等材料自组装制备了ACP/hemin@Zn-MOF。其中hemin赋予了ACP/hemin@Zn-MOF类过氧化物酶活性，2-氨基对苯二甲酸配体赋予了ACP/hemin@Zn-MOF荧光特性（激发波长为410 nm，发射波长为452 nm）。ACP/hemin@Zn-MOF能够在H₂O₂存在下催化邻苯二胺（OPD）氧化，形成2，3-二氨基吩嗪（DAP）。DAP也具有荧光信号（激发波长为410 nm，发射波长为564 nm）。由于荧光内虑效应，在ACP/hemin@Zn-MOF+H₂O₂+OPD反应系统中生成DAP时，DAP的荧光信号（564 nm）会升高，而ACP/hemin@Zn-MOF本身的荧光信号（452 nm）会降低。当在反应体系中加入磷酸抗坏血酸酯（AAP）时，ACP/hemin@Zn-MOF上的ACP能够水解AAP产生AA并抑制OPD的氧化，导致DAP荧光信号（564nm）的降低和ACP/hemin@Zn-MOF荧光信号的恢复（452nm）。当添加As（V）时，As（V）能够抑制ACP活性，使其不能水解AAP，导致DAP荧光信号（564 nm）的再次升高和ACP/hemin@Zn-MOF荧光信号的再次降低（452 nm）。基于这一原理，ACP/hemin@Zn-MOF能够实现As（V）（3.33 – 300 μg/L）的高灵敏度和高选择性检测，检测限低至1.05 μg/L。此外，还利用ACP/hemin@Zn-MOF成功实现了对稻谷中总砷和As（V）的准确检测。

图1 基于ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)比率检测示意图

图2 基于ACP/hemin@Zn-MOF的As(Ⅴ)比率检测机理图

小结：本研究开发了一种比率荧光生物传感器ACP/hemin@Zn-MOF，用于As(Ⅴ)的高性能检测。ACP/hemin@Zn-MOF是在室温下采用一锅法自组装制备而成，它起着三重作用：（1）负载的hemin具有类过氧化物酶活性；（2）Zn-MOF配体使得ACP/hemin@Zn-MOF具有荧光信号；（3）ACP具有特异性识别As(Ⅴ)功能。通过将ACP催化AAP水解与hemin催化的OPD氧化相结合，实现了高灵敏度和高选择性的As（V）检测。此外，本研究还利用ACP/hemin@Zn-MOF对稻谷样品中的总砷和As（V）进行检测，表明了其在实际食品和环境分析中的潜在作用。