在傳統(tǒng)的酶傳感器中，局限于生物酶本身的脆弱性、酶與底物遠(yuǎn)距離導(dǎo)致的弱催化性，使得生物酶與電極集成的酶簇電化學(xué)傳感器信號識別敏感性差。為了進(jìn)一步提高電化學(xué)生物傳感器的靈敏性，引入具有高比表面積、高催化活性位點(diǎn)和納米有三維多孔結(jié)構(gòu)的金屬-有機(jī)框架材料（MOFs）作為納米酶，與生物酶復(fù)合，從而提高穩(wěn)定性和靈敏性。
針對現(xiàn)有生物酶催化活性低、靈敏性差等問題，浙江大學(xué)黃小軍團(tuán)隊基于中空纖維膜（HFM）膜材料高比表面積的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過可控的物理包埋方法將納米酶-天然酶雜化納米體系有效的組裝到導(dǎo)電梯度膜電極上。如圖1所示，將三價鐵離子摻雜到代表性的MOFs中，鐵離子的引入賦予了MOFs粒子類過氧化物酶性質(zhì)。通過靜電吸附作用將MOFs與氧化酶耦合，構(gòu)建尺寸為300 nm左右的MOF-酶雜化納米體系，賦予其級聯(lián)催化性能。在HFM載體上原位合成導(dǎo)電聚苯胺納米顆粒(PANI NPs)，并通過物理包埋方法將MOFs-酶雜化納米體系組裝在膜孔的受限空間中。HFM中的大量微孔空間促進(jìn)了受限微孔空間中MOFs-酶的更高密度堆積。此外，HFM對復(fù)雜的流體（例如血液）顯示出良好的分離性能。導(dǎo)電互連網(wǎng)絡(luò)的納米結(jié)構(gòu)充當(dāng)與級聯(lián)催化MOFs-酶體系接觸的錨點(diǎn)，從而大大提高信號傳導(dǎo)和生物傳感器信號收集的能力。
圖1 基于導(dǎo)電中空纖維膜的MOFs-酶膜生物傳感器制備及工作原理
如圖2所示，由MOFs-酶雜化納米催化體系、梯度多孔載體和納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)集成的酶膜傳感器可以拓展成多通路陣列傳感設(shè)備。構(gòu)建PDMS基底，并在基底上組裝不同生物酶種類的酶膜傳感器，可用于對各種微量分析物進(jìn)行同步即時檢測，為未來復(fù)雜標(biāo)志物的智能化、一體化檢測提供了新思路。
圖2 基于導(dǎo)電梯度中空纖維膜的MOFs-酶膜生物傳感陣列
相關(guān)成果以“ MOF-enzyme hybrid nanosystem decorated 3D hollow fiber membranes for in-situ blood separation and biosensing array”為題發(fā)表在高水平期刊Biosensors and Bioelectronics (IF=10.257)。論文的第一作者為浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系黃小軍副教授團(tuán)隊的博士研究生吳慧敏；通訊作者為浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系黃小軍、仝維鋆副教授、杭州師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院陳大競教授。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金等項目的資助。
來源：高分子科學(xué)前沿
