多種檢測(cè)方法可以檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物、重金屬、生物小分子,如高效液相色譜法、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法、酶聯(lián)免疫吸附法等[1-3],但因設(shè)備昂貴、過(guò)程復(fù)雜、操作技術(shù)專業(yè)化等不足受到限制。比率電化學(xué)傳感器可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的定性、定量分析,且因精度高、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。比率電化學(xué)傳感器將兩個(gè)獨(dú)立電流信號(hào)的比值作為輸出信號(hào),通過(guò)構(gòu)建電流信號(hào)比值與目標(biāo)物濃度水平的線性方程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的檢測(cè)。這種傳感模式提供的內(nèi)參信號(hào)能校正傳感器自身因素對(duì)檢測(cè)過(guò)程的影響,靈敏度、準(zhǔn)確度更高,重現(xiàn)性更好[4]。

比率電化學(xué)傳感器的檢測(cè)效率與電極材料的性能密切相關(guān)[5]。金屬有機(jī)骨架（MOFs）材料是金屬離子或金屬簇與有機(jī)配體通過(guò)配位鍵連接構(gòu)成的晶態(tài)多孔材料。與其他多孔化合物材料相比,MOFs材料因具有孔隙率高、孔隙大小可調(diào)節(jié)、比表面積大、活性位點(diǎn)豐富、化學(xué)性能穩(wěn)定等獨(dú)特性能而備受研究者關(guān)注[6]。MOFs與多種材料復(fù)合形成的功能化MOFs材料具有優(yōu)異的理化性質(zhì),如高導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性和高催化能力等。基于MOFs材料的電化學(xué)傳感器可充分發(fā)揮電極材料的獨(dú)特性能,進(jìn)而拓寬檢測(cè)范圍和提高檢測(cè)靈敏度。近年來(lái),基于功能化MOFs材料構(gòu)建比率電化學(xué)傳感器用于腫瘤標(biāo)志物、重金屬、生物小分子等物質(zhì)的檢測(cè)已引起學(xué)者的普遍關(guān)注。為此,本工作重點(diǎn)綜述了基于功能化MOFs材料的比率電化學(xué)傳感器在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展,可為相關(guān)研究者提供參考。

1. 比率電化學(xué)傳感器

1.1 檢測(cè)原理

比率電化學(xué)傳感器的檢測(cè)原理是將比率策略和電化學(xué)傳感器結(jié)合,將兩個(gè)電流信號(hào)的比值作為輸出信號(hào),建立電流信號(hào)比值與目標(biāo)物濃度水平的線性方程,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的分析[7]。

1.2 分類

比率電化學(xué)傳感器分為單信號(hào)依賴型比率電化學(xué)傳感器和雙信號(hào)依賴型比率電化學(xué)傳感器。單信號(hào)依賴型比率電化學(xué)傳感器內(nèi)參物質(zhì)（活性物質(zhì)）的設(shè)計(jì)可以基于溶液環(huán)境,也可以基于電極表面的功能化材料。在檢測(cè)過(guò)程中內(nèi)參信號(hào)基本保持不變,另一個(gè)電流信號(hào)作為響應(yīng)信號(hào),隨目標(biāo)物濃度水平的變化而變化。單信號(hào)依賴型比率電化學(xué)傳感器將響應(yīng)信號(hào)與內(nèi)參信號(hào)的比值作為輸出信號(hào),以實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)目標(biāo)物[8]。而雙信號(hào)依賴型比率電化學(xué)傳感器中兩種不同的響應(yīng)信號(hào)均隨目標(biāo)物濃度水平的變化而變化,表現(xiàn)為一個(gè)響應(yīng)信號(hào)增大,另一個(gè)響應(yīng)信號(hào)減小[9]。

1.3 常用的信號(hào)物質(zhì)

1.3.1 亞甲基藍(lán)

亞甲基藍(lán)（MB）,化學(xué)式為C16H18N3ClS,是一種芳香雜環(huán)化合物[10]。MB可以與DNA分子中的鳥嘌呤核苷酸特異性結(jié)合,具有較好的生物親和性。作為氧化還原指示劑,MB可通過(guò)嵌入G-C堿基對(duì)、靜電作用和共價(jià)鍵作用等3種方式組裝于比率電化學(xué)傳感器中,產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào)[11]。

1.3.2 二茂鐵

二茂鐵（Fc）,化學(xué)式為Fe(C5H5)2,是一種具有芳香族性質(zhì)的有機(jī)過(guò)渡金屬化合物。Fc含有兩個(gè)可以自由旋轉(zhuǎn)的環(huán)戊二烯環(huán),能與DNA分子的堿基發(fā)生疏水、堆積作用,從而易被標(biāo)記在核酸鏈的末端[12]。Fc作為比率電化學(xué)傳感器的信號(hào)物質(zhì),出峰位置落在正電位,大部分位于0.1~0.4 V內(nèi),操作性和生物選擇性低于MB[13]。

1.3.3 硫堇

硫堇（TH）,化學(xué)式為C14H13N3O2S,是一種吩噻嗪類染料,具有高穩(wěn)定性、高電子轉(zhuǎn)移能力、高水溶性、可逆的電化學(xué)響應(yīng)和合適的氧化還原電位等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛用作比率電化學(xué)傳感器的信號(hào)物質(zhì)[10]。

1.3.4 量子點(diǎn)

量子點(diǎn)（QD）,又稱作半導(dǎo)體納米晶體,是一種粒徑小于或接近于激子波爾半徑的納米晶粒,表面原子具有較高的化學(xué)活性,其具有較強(qiáng)的氧化還原能力,進(jìn)而容易發(fā)生電子轉(zhuǎn)移[14-15]。因此,量子點(diǎn)也被用作比率電化學(xué)傳感器的信號(hào)物質(zhì)。

2. MOFs材料

2.1 概述

MOFs材料也稱多孔配位聚合物,由金屬離子或金屬簇與有機(jī)配體通過(guò)配位鍵連接構(gòu)成,是一類具有無(wú)限網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化晶態(tài)材料。與傳統(tǒng)材料相比,MOFs材料具有比表面積高、結(jié)構(gòu)清晰可設(shè)計(jì)、孔隙率高、孔徑可調(diào)、易于化學(xué)功能化、光電特性特殊等優(yōu)點(diǎn),這促使其在吸附分離、電催化劑、氣體儲(chǔ)存及傳感器等方面均具有良好的應(yīng)用前景和發(fā)展空間[16]。隨著對(duì)MOFs材料的深入研究,研究者發(fā)現(xiàn)MOFs之間的鍵合作用不僅有配位鍵作用,還包括氫鍵、范德華力、π-π堆積等其他作用,使得MOFs結(jié)構(gòu)和功能更加多元化。此外,MOFs材料的骨架結(jié)構(gòu)和功能還可以通過(guò)不同的制備方法來(lái)控制[17]。MOFs材料的制備方法包括聲化學(xué)合成法、微波輔助合成法、機(jī)械力化學(xué)合成法、溶劑熱/水熱法、電化學(xué)合成法等[18-21]。

2.2 種類

MOFs材料具有多種類型,可根據(jù)配合物框架結(jié)構(gòu)的配體類型、空間維度和中心金屬離子等分類。其中MOFs材料按組分單元、合成方式的不同進(jìn)行分類最為常見(jiàn),常見(jiàn)MOFs材料種類和特征如表1所示。

2.3 功能化MOFs材料

MOFs材料是金屬節(jié)點(diǎn)與有機(jī)配體通過(guò)弱的配位鍵構(gòu)成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料,具有柔韌性,電導(dǎo)率大多低于碳質(zhì)電極材料,在惡劣條件下穩(wěn)定性較差[32]。基于MOFs材料易功能化的特點(diǎn),研究者將MOFs材料與導(dǎo)電材料、氧化還原活性中心等結(jié)合,形成的功能化MOFs材料可以改善其性能,如良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性,較高的水溶性和分散性等[33-34]。常見(jiàn)功能化MOFs材料包括MOFs-碳、MOFs-金屬化合物、MOFs-金屬納米粒子、MOFs-酶等[35]。

2.4 MOFs基電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器基于目標(biāo)物與電極表面修飾物質(zhì)的特異識(shí)別作用,通過(guò)不同電化學(xué)分析方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的定量或定性分析[36]。MOFs材料具有獨(dú)特的理化性質(zhì),有助于提升電化學(xué)傳感器的性能,可根據(jù)傳感器或目標(biāo)物的不同,調(diào)節(jié)孔徑的大小及比表面積[37]。因此,MOFs基電化學(xué)傳感器能充分發(fā)揮電極材料的獨(dú)特性能,拓寬檢測(cè)范圍和降低檢出限。雖然MOFs基電化學(xué)傳感器具有靈敏度高、成本低、操作簡(jiǎn)單、便攜等優(yōu)點(diǎn),但單信號(hào)傳感策略易受環(huán)境變化的影響,抗干擾能力弱,限制了實(shí)際應(yīng)用。

3. 基于功能化MOFs材料的比率電化學(xué)傳感器在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 抗生素的檢測(cè)

阿霉素屬于蒽環(huán)類抗生素,具有抑制DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的功能,被廣泛應(yīng)用于腫瘤的治療,但劑量不合理會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重副作用（如累積劑量依賴性不可逆慢性心肌病、組織損傷、過(guò)敏反應(yīng)等）。因此,定量分析阿霉素對(duì)臨床上腫瘤治療非常重要[38]。YANG等[39]將硫納米粒子（SNPs）封裝的MOFs復(fù)合材料（SNPs@MOFs）和負(fù)載Fc的硼納米片（BNSs）復(fù)合物（BNSs-Fc）依次修飾在玻碳電極（GCE）表面,形成SNPs@MOFs/BNSs-Fc/GCE。其中,阿霉素的電流I阿霉素為響應(yīng)信號(hào),Fc的電流IFc為內(nèi)參信號(hào),I阿霉素/IFc隨著阿霉素濃度增大而增大,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)阿霉素的檢測(cè),線性范圍為0.01~10 μmol·L−1,檢出限為2 nmol·L−1。RONG等[40]基于MB、多壁碳納米管（MWCNTs）和氨基功能化MOFs（NH2-UiO-66）制備了MB@MWCNTs/UiO-66-NH2復(fù)合材料,構(gòu)建了一種可定量檢測(cè)阿霉素的比率電化學(xué)傳感器。該傳感器將阿霉素和MB作為信號(hào)物質(zhì),在最佳時(shí)間和溫度下,隨著阿霉素濃度的增大,NH2-UiO-66催化阿霉素發(fā)生氧化還原反應(yīng),阿霉素的電流I阿霉素增大,MB的電流IMB基本保持穩(wěn)定,即I阿霉素/IMB與阿霉素濃度成正比,線性范圍為0.1~75μmol·L−1,檢出限為0.051μmol·L−1。

3.2 腫瘤標(biāo)志物的檢測(cè)

腫瘤標(biāo)志物存在于腫瘤患者的組織、體液和排泄物中,可提示腫瘤的性質(zhì),反應(yīng)腫瘤發(fā)生發(fā)展進(jìn)程,因此腫瘤標(biāo)志物的檢測(cè)意義重大。

3.2.1 端粒酶

端粒酶是腫瘤標(biāo)志物之一[41]。DONG等[42]制備了用金納米粒子（AuNPs）功能化的鈰基金屬有機(jī)骨架（CeMOFs）材料,并用捕獲DNA（cDNA）對(duì)其進(jìn)行修飾,形成復(fù)合材料Au@CeMOFs-cDNA,同時(shí)將MB修飾的發(fā)夾DNA探針通過(guò)金硫鍵（Au—S）固定在電極表面。當(dāng)端粒酶和脫氧核苷酸存在時(shí),發(fā)夾DNA探針中的端粒酶引物（TP）被延長(zhǎng),發(fā)夾DNA打開,MB與電極表面分離,IMB減小；cDNA與TP雜交,使Au@CeMOFs-cDNA接近電極表面,高效催化信號(hào)物質(zhì)對(duì)苯二酚氧化,對(duì)苯二酚的電流I對(duì)苯二酚增大。基于此,構(gòu)建了一種檢測(cè)端粒酶活性的比率電化學(xué)傳感器,線性范圍為2×102~2×106cells·mL−1,檢出限為27cells·mL−1。

3.2.2 MicroRNA

MicroRNA屬于內(nèi)源性非編碼RNA,是重要腫瘤標(biāo)志物之一[43]。SUN等[44]用二維黑磷納米片（BPNSs）、銅（Cu）修飾的MOFs（Cu-MOFs）和TH,制備了BPNSs/TH/Cu-MOFs復(fù)合材料,并將該復(fù)合材料和Fc標(biāo)記的單鏈DNA（ssDNA）順序組裝在電極上,形成適配體（aptamer）-BPNSs/TH/Cu-MOFs/GCE。該傳感器將IFc作為響應(yīng)信號(hào),TH的電流ITH作為內(nèi)參信號(hào),當(dāng)miR-3123存在時(shí),Fc標(biāo)記的aptamer通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)與miR-3123競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合,使Fc遠(yuǎn)離GCE,IFc降低,ITH基本保持穩(wěn)定,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)miR-3123的定量檢測(cè),線性范圍為2mol·L−1~2μmol·L−1,檢出限為0.3pmol·L−1。XIE等[45]基于二維納米材料（AuNPs@MXene）和DNA四面體納米結(jié)構(gòu)（NTH）,構(gòu)建了一種檢測(cè)miRNA-21的超靈敏比率電化學(xué)傳感器,miRNA-21不存在時(shí),大量鏈霉親和素（SA）標(biāo)記的UiO-66信號(hào)探針與電極表面NTH結(jié)合,產(chǎn)生強(qiáng)烈電流信號(hào),UiO-66的電流IUiO-66增大。由于NTH阻礙電子轉(zhuǎn)移,溶液中的內(nèi)參信號(hào)I[K3Fe(CN)6]/[K4Fe(CN)6]" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">3</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]/[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">4</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]</span>}}$降低。miRNA-21存在時(shí),DNA序列DNA Walker被啟動(dòng),SA修飾的片段被裂解釋放,UiO-66遠(yuǎn)離電極表面,IUiO-66降低,I[K3Fe(CN)6]/[K4Fe(CN)6]" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">3</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]/[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">4</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]</span>}}$增大,線性范圍為0.5fmol·L−1~5nmol·L−1,檢出限為0.17fmol·L−1。

3.3 重金屬的檢測(cè)

重金屬是原子密度大于或等于5kg·dm−3的金屬,具有高毒性,在人體中積累會(huì)引起各種急性或慢性疾病。因此,準(zhǔn)確、快速檢測(cè)重金屬離子意義重大。WAN等[46]基于二茂鐵羧酸（Fc-COOH）功能化的鎳基金屬有機(jī)骨架（Fc-NH2-Ni-MOFs）材料,構(gòu)建了一種可同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+和Cd2+的比率電化學(xué)傳感器。該傳感器將Fc作為內(nèi)參信號(hào),被測(cè)金屬離子電流I金屬離子作為響應(yīng)信號(hào),I金屬離子/IFc隨著金屬離子濃度的增大而增大。Pb2+、Cu2+和Cd2+的線性范圍分別為0.001~2.0μmol·L−1、0.01~2.0μmol·L−1、0.01~2.0μmol·L−1,Cu2+、Pb2+、Cd2+的檢出限分別為6.3,0.2,7.1nmol·L−1。HU等[47]構(gòu)建了一種檢測(cè)多種金屬離子的比率電化學(xué)傳感器,以Cu-MOFs為修飾電極,Cu2+電流ICu2+" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Cu</span>}}^{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">2</span>}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">+</span>}}}$為內(nèi)參信號(hào),I金屬離子作為響應(yīng)信號(hào),I金屬離子/ICu2+" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Cu</span>}}^{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">2</span>}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">+</span>}}}$作為輸出信號(hào)。當(dāng)被測(cè)金屬離子存在時(shí),被測(cè)金屬離子進(jìn)入MOFs孔道,通過(guò)離子交換反應(yīng)取代MOFs中的Cu2+,Cu2+電流隨之降低,而Pb2+或Cd2+的電流增加,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb2+或Cd2+的檢測(cè),線性范圍分別為10nmol·L−1~10mmol·L−1、10nmol·L−1~10μmol·L−1,檢出限分別為2,5nmol·L−1。

3.4 生物小分子的檢測(cè)

生物小分子為相對(duì)分子質(zhì)量為500以下的生物分子,比如單糖、氨基酸和維生素等。生物小分子與人體多種疾病有關(guān),因此對(duì)人體中生物小分子的水平進(jìn)行檢測(cè)可作為疾病早期診斷的依據(jù)。

3.4.1 多巴胺

多巴胺是酪氨酸代謝產(chǎn)生的一種神經(jīng)遞質(zhì),含量異常時(shí)會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如肝豆?fàn)詈俗冃浴⑴两鹕取UO等[48]將Cu2+作為中心離子,四羥基-1,4-苯醌水合物（THQ）作為配體,合成了一種具有氧化還原活性的MOFs材料（Cu-THQ MOFs）,再結(jié)合羧基功能化的多壁碳納米管（MWCNTs-COOH）,構(gòu)建了Cu-THQ MOFs-MWCNTs/GCE比率電化學(xué)傳感器,用于多巴胺的檢測(cè)。該傳感器將MOFs的電流IMOFs作為內(nèi)參信號(hào),多巴胺的電流I多巴胺作為響應(yīng)信號(hào),Cu-THQ MOFs催化氧化多巴胺的同時(shí),MOFs中的Cu+被氧化為Cu2+,I多巴胺/IMOFs隨多巴胺濃度的增大而增大,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)多巴胺的檢測(cè),線性范圍為3.0×10−7~4.0×10−5mol·L−1,檢出限為2.6×10−8mol·L−1。林小鳳[49]基于AuNPs修飾MOF-74形成的復(fù)合材料Au/MOF-74構(gòu)建了一種新型比率電化學(xué)傳感器。AuNPs可以化學(xué)沉積在MOF-74孔道及表面上,避免AuNPs團(tuán)聚,提高AuNPs催化活性。多巴胺存在時(shí),MOF-74的金屬中心（Cu2+）的電流作為內(nèi)參信號(hào)幾乎保持不變,多巴胺電流作為響應(yīng)信號(hào),隨著多巴胺濃度的增大而增大,線性范圍為0.001~100μmol·L−1,檢出限為0.12nmol·L−1。

3.4.2 葡萄糖

葡萄糖能在體內(nèi)水解并儲(chǔ)存為糖原,具有營(yíng)養(yǎng)、解毒、強(qiáng)心、利尿、促進(jìn)毒物代謝等作用。SONG等[50]依次將三甲酸銅金屬有機(jī)骨架(Cu-BTC MOFs)、AuNPs、葡萄糖氧化酶（GOD）修飾在三維大孔碳集成的電極上,該傳感器將Cu-BTC MOFs電流ICu-BTC作為內(nèi)參信號(hào),氧氣（O2）電流IO2" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">O</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">2</span>}}}$作為響應(yīng)信號(hào),Cu-BTC MOFs能催化葡萄糖氧化,AuNPs能固定GOD和催化O2還原。當(dāng)葡萄糖濃度小于4mmol·L−1時(shí),GOD催化葡萄糖氧化反應(yīng)會(huì)消耗O2,O2的電流IO2" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">O</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">2</span>}}}$降低,Cu-BTC MOFs電流ICu-BTC增高；當(dāng)葡萄糖濃度大于4mmol·L−1時(shí),IO2" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">O</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">2</span>}}}$持續(xù)降低,ICu-BTC基本保持不變。該傳感器將IO2" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">O</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">2</span>}}}$/ICu-BTC作為輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄糖的檢測(cè),線性范圍為44.9μmol·L−1~4.0mmol·L−1和4.0~19.0mmol·L−1,檢出限為14.77μmol·L−1。

3.4.3 降鈣素原

降鈣素原是細(xì)菌感染后細(xì)胞釋放的蛋白質(zhì),作為血液感染的標(biāo)志物可以輔助判斷是否使用抗生素,還可以輔助判斷敗血癥的發(fā)生,因此檢測(cè)人體降鈣素原含量對(duì)疾病早期診斷有重要意義。YUE等[51]在電極上修飾了石墨相氮化碳-銀納米粒子（g-C3N4-AgNPs）,通過(guò)Ag—N鍵固定一抗,二抗（Ab2）裝載在經(jīng)尼羅河藍(lán)A（NBA）標(biāo)記的UiO-67上,NBA作為響應(yīng)物質(zhì)具有優(yōu)異的電子傳遞能力和電催化活性。當(dāng)pH大于6時(shí),NBA可發(fā)生氧化還原反應(yīng),當(dāng)降鈣素原濃度增大時(shí),Ab2濃度升高,NBA電流INBA升高,AgNPs作為另一個(gè)響應(yīng)物質(zhì),其電流IAgNPs降低,INBA/IAgNPs值升高,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降鈣素原的檢測(cè),線性范圍為0.005~50μg·L−1,檢出限為1.67ng·L−1。

3.4.4 脂多糖

脂多糖是革蘭氏陰性菌外膜的主要成分,由類脂A、核心多糖和O-特異性鏈等3部分組成。脂多糖具有免疫激活作用,可以抗腫瘤、抗輻射、抗感染。SHEN等[52]構(gòu)建了一種可二次循環(huán)放大信號(hào)的比率電化學(xué)傳感器,該傳感器將Cu-MOFs和Fc作為響應(yīng)物質(zhì),當(dāng)脂多糖存在時(shí),phi29 DNA聚合酶輔助觸發(fā)循環(huán)I誘導(dǎo)聚合,產(chǎn)生輸出DNA,輸出DNA與核酸內(nèi)切酶輔助觸發(fā)循環(huán)II,該循環(huán)產(chǎn)生大量捕獲探針,導(dǎo)致IFc降低,捕獲探針與電極表面發(fā)夾探針3/AuNPs/Cu-MOFs雜交,將Cu-MOFs封閉在電極上,ICu-MOFs增高,基于ICu-MOFs/IFc與脂多糖濃度的線性回歸方程,實(shí)現(xiàn)對(duì)脂多糖的檢測(cè),線性范圍為1.0pg·L−1~100μg·L−1,檢出限為0.33 pg·L−1。

3.4.5 維生素C

維生素C在生物代謝中起關(guān)鍵作用,可用于治療精神疾病、癌癥、普通感冒、不孕癥和提高免疫力,所以開發(fā)一種靈敏、選擇性高的維生素C檢測(cè)方法意義重大。WANG等[53]構(gòu)建了一種基于金屬有機(jī)骨架[PCN-333(Al)]MOFs-科琴黑（KB）-TH/GCE的傳感器,用于維生素C的檢測(cè)。將KB和TH封裝在[PCN-333（Al）]MOFs的孔隙中,可有效避免KB和TH的富集,提高材料利用率和傳感器的穩(wěn)定性,KB可催化維生素C和內(nèi)參物質(zhì)TH,隨著維生素C濃度增大,維生素C的電流I維生素C增大,TH的電流ITH基本保持不變,該傳感器將I維生素C/ITH作為輸出信號(hào),線性范圍為（14.1±0.2）~（5.5±0.1）×103μmol·L−1,檢出限為（4.6±0.1）μmol·L−1。

3.5 赭曲霉毒素A的檢測(cè)

赭曲霉毒素A是由曲霉菌和青霉菌產(chǎn)生的霉菌毒素,廣泛分布于農(nóng)產(chǎn)品中,有劇毒,能造成腎毒性、肝毒性、致突變性和免疫抑制,因此赭曲霉毒素A的定量檢測(cè)十分重要。GUAN等[54]基于AuNPs@碳化鈦納米片（Ti3C2MXene）、NTH、DNA2標(biāo)記的鈷金屬有機(jī)骨架（Co-MOFs）構(gòu)建了一種比率電化學(xué)傳感器,用于赭曲霉毒素A的檢測(cè)。當(dāng)赭曲霉毒素A不存在時(shí),Co-MOFs作為響應(yīng)物質(zhì),其電流ICo-MOFs很大；因電極固定了大量DNA,能抑制電子轉(zhuǎn)移,甲苯胺藍(lán)（TB）作為另一種響應(yīng)物質(zhì),其電流ITB相對(duì)較小。當(dāng)赭曲霉毒素A存在時(shí),赭曲霉毒素A適配體特異性識(shí)別赭曲霉毒素A,Co-MOFs與電極分離,ICo-MOFs減小,電極導(dǎo)電率增加,ITB增大,ITB/ICo-MOFs作為輸出信號(hào)也增大,線性范圍為1pg·L−1~50μg·L−1,檢出限為0.31 pg·L−1。LI等[55]制備了AuNPs@MXene、NTH,其中MXene可提高NTH的固定率,NTH末端可以與赭曲霉毒素A適配體或響應(yīng)物質(zhì)雜交。該傳感器將AuNPs@UiO-66作為響應(yīng)信號(hào),溶液中的[K3Fe(CN)6]/[K4Fe(CN)6]作為內(nèi)參物質(zhì),當(dāng)赭曲霉毒素A不存在時(shí),赭曲霉毒素A適配體與NTH末端雜交,響應(yīng)物質(zhì)遠(yuǎn)離NTH,I[K3Fe(CN)6]/[K4Fe(CN)6]" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">3</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]/[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">4</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]</span>}}$較大,IUiO-66較小；當(dāng)赭曲霉毒素A存在時(shí),響應(yīng)物質(zhì)與NTH的尖端雜交而固定,靠近電極,電極導(dǎo)電率降低,I[K3Fe(CN)6]/[K4Fe(CN)6]" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; text-wrap: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">3</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]/[K</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">4</span>}}{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">Fe(CN)</span>}}_{\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">6</span>}}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">]</span>}}$減小,IUiO-66增大。基于此,成功構(gòu)建了比率電化學(xué)適體傳感器,用于檢測(cè)赭曲霉毒素A,線性范圍為1ng·L−1~100μg·L−1,檢出限為330 pg·L−1。

3.6 水楊酸的檢測(cè)

水楊酸是一種植物柳樹皮提取的脂溶性有機(jī)酸,有消炎的作用。YANG等[56]基于Cu-MOFs和碳黑（CB）的復(fù)合材料構(gòu)建了一種檢測(cè)水楊酸的比率電化學(xué)傳感器。Cu-MOFs和CB的復(fù)合材料可催化水楊酸氧化,當(dāng)水楊酸濃度增大時(shí),ICu-MOFs作為內(nèi)參信號(hào),電流基本保持不變,I水楊酸作為響應(yīng)信號(hào),電流增大,I水楊酸/ICu-MOFs增大,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水楊酸的檢測(cè),線性范圍為100~900μmol·L−1,檢出限為12.50μmol·L−1。

3.7 香蘭素的檢測(cè)

香蘭素又稱為香草醛,是一種重要的可食用香料,被廣泛應(yīng)用于食品添加劑行業(yè)。SUN等[57]通過(guò)溶劑熱反應(yīng)制備了科琴黑/二茂鐵雙摻雜類沸石MOFs材料(Fc-KB/ZIF-8),然后將aptamer通過(guò)Au—S與AuNPs結(jié)合,最終形成aptamer-AuNPs/Fc-KB/ZIF-8@GCE,香蘭素的電流I香蘭素作為響應(yīng)信號(hào),隨著香蘭素濃度的增大而增大,摻雜到ZIF-8中的Fc電流IFc作為內(nèi)參信號(hào),其隨著香蘭素濃度的增大僅表現(xiàn)出細(xì)微的變化,基于I香蘭素/IFc與c香蘭素的對(duì)數(shù)的線性回歸方程實(shí)現(xiàn)對(duì)香蘭素的檢測(cè),線性范圍為10nmol·L−1~0.2mmol·L−1,檢出限為3nmol·L−1。

3.8 有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)

有機(jī)磷農(nóng)藥是磷酸酯或硫代磷酸酯類有機(jī)化合物,因具有高效防治農(nóng)作物蟲害和低廉的價(jià)格而被廣泛應(yīng)用[58]。但有機(jī)磷農(nóng)藥的過(guò)度使用會(huì)抑制乙酰膽堿酯酶活性,導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)中毒,對(duì)人類健康造成嚴(yán)重威脅[59]。因此,靈敏、可靠檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥十分重要。LI等[60]在裸電極上順序組裝Au@ZIF-8、TH標(biāo)記的HP-TDN（HP-TDNTH）、Pb2+標(biāo)記的馬拉硫磷（MAL）適配體（Pb2+-APT1）、Cd2+標(biāo)記的丙諾福斯（PRO）適配體（Cd2+-APT2）,形成能夠同時(shí)檢測(cè)MAL和PRO的比率電化學(xué)免疫傳感平臺(tái)。當(dāng)目標(biāo)農(nóng)藥存在時(shí),適配體與目標(biāo)農(nóng)藥的特異結(jié)合強(qiáng)于適配體與HP-TDN互補(bǔ)鏈的結(jié)合,Pb2+-APT1和Cd2+-APT2被釋放,Pb2+的電流和Cd2+的電流減小,ITH基本保持不變。因此,基于/ITH和/ITH分別實(shí)現(xiàn)對(duì)MAL和PRO的定量檢測(cè),MAL和PRO的線性范圍分別為5~50000ng·L−1和50~50000ng·L−1,檢出限分別為4.3ng·L−1和13.3ng·L−1。

4. 總結(jié)和展望

基于功能化MOFs材料的比率電化學(xué)傳感器既具有內(nèi)置校準(zhǔn)能力,又充分利用功能化MOFs材料的優(yōu)點(diǎn),提高了傳感器的靈敏度。基于功能化MOFs材料的比率電化學(xué)傳感器雖然在檢測(cè)領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,但是仍存在可標(biāo)記信號(hào)物質(zhì)有限、標(biāo)記成本高等缺點(diǎn)。今后的研究可以關(guān)注提高功能化MOFs材料的耐酸堿能力、科學(xué)設(shè)計(jì)MOFs材料的孔徑；開發(fā)新的納米材料,用于MOFs材料的功能化,實(shí)現(xiàn)更好的生物相容性；尋找其他成本低、標(biāo)記過(guò)程簡(jiǎn)潔的標(biāo)記物質(zhì)或者研究新的免標(biāo)記型比率電化學(xué)傳感器；構(gòu)建便攜式比率電化學(xué)傳感器的研發(fā),以實(shí)現(xiàn)小型便攜、快速準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)物。

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