徐霞紅 郭玉娜 王新全 王祥云 齊沛沛 汪志威

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所， 杭州 310021)

金屬有機(jī)骨架化合物PCN 222對酶抑制法的增敏研究

徐霞紅 郭玉娜 王新全 王祥云 齊沛沛 汪志威

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所， 杭州 310021)

合成了一種命名為多孔配位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)222 (PCN 222)的金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)，并將其用作農(nóng)藥殘留檢測中酶抑制法的新型增敏劑。對所制備的PCN 222微觀形態(tài)、結(jié)構(gòu)、X射線衍射(XRD)和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)表征。證明該MOFs是一種多孔的棒狀結(jié)構(gòu)(棒狀結(jié)構(gòu)主軸為六面體)，并具有大的表面積和強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。基于PCN 222的性能，在有機(jī)磷農(nóng)藥快檢中添加PCN 222材料，增強(qiáng)了傳統(tǒng)酶抑制法的靈敏性。為進(jìn)一步研究，將毒死蜱選為模型分析物，在最佳條件下，吸光度變化量提高了68.8%(3 min內(nèi))。此外，該方法具有簡單、快速、成本低的優(yōu)點(diǎn)，為復(fù)雜樣品基質(zhì)中有機(jī)磷農(nóng)藥的測定提供了一種實(shí)用工具。

金屬有機(jī)骨架化合物； 多孔配位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)222； 毒死蜱； 酶抑制法； 增敏

引言

農(nóng)藥長期大量使用甚至濫用對空氣、水源、土壤和農(nóng)牧產(chǎn)品造成了嚴(yán)重污染，破壞了生態(tài)環(huán)境，人類健康也因此受到影響[1-2]。自20世紀(jì)80年代以來，有機(jī)磷農(nóng)藥由于其見效快、效果好且使用方便逐步成為世界上使用最多的農(nóng)藥[3]。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全世界每年有機(jī)磷農(nóng)藥中毒者約300萬人，其中多達(dá)220 000人死亡[4]。因此，對蔬菜、水果中的有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行快速測定成為亟待解決的問題。

目前蔬菜和水果產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的檢測方法包括氣相色譜法、液相色譜法及液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等，這些大型精密儀器檢測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，但儀器價(jià)格昂貴、檢測成本高，檢測費(fèi)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場檢測，無法在基層單位推廣使用[5-7]。酶抑制法是研究最多且相對成熟的一種對部分農(nóng)藥殘留進(jìn)行快速檢測的技術(shù)，我國已將其列入國家標(biāo)準(zhǔn)[8-9]。該法由于其具有快速、簡便、成本低及易于現(xiàn)場檢測等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國內(nèi)外快速檢測農(nóng)藥殘留的主流技術(shù)[10]。然而，傳統(tǒng)酶抑制法卻存在很大的局限性，如靈敏度常不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要[11]。

金屬有機(jī)骨架化合物(Metal-organic frameworks，MOFs)是由金屬離子與有機(jī)配體通過自組裝過程雜化生成的一類具有周期性多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔晶體材料，具有納米級的骨架和規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，大的比表面積和孔隙率以及小的固體密度[12-14]。在吸附、分離、催化等方面均表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，已成為新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[15-17]。MOFs材料的改性研究在真菌毒素[18]、細(xì)胞[19]、生物大分子[20]的分析領(lǐng)域已廣受關(guān)注。而將MOFs材料與酶抑制法結(jié)合起來，充分利用MOFs材料的吸附和催化性質(zhì)實(shí)現(xiàn)更高效的酶抑制法檢測，卻未見報(bào)道。

為將MOFs材料與酶抑制法結(jié)合起來，探究更靈敏的農(nóng)藥速測技術(shù)，本文使用H2-TCPP(TCPP =5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉)作為MOFs配體，并選擇高度穩(wěn)定的Zr6簇作為節(jié)點(diǎn)組裝穩(wěn)定Zr-MOFs，命名為多孔配位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)222 (PCN 222，也稱MOF-545或MMPF-6)，并研究該材料在酶抑制法增敏上的效果。

1 原理

1.1 理論基礎(chǔ)

有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥對動物體內(nèi)乙酰膽堿酯酶(AChE)具有抑制作用，其抑制率與農(nóng)藥的濃度呈正比。正常情況下的反應(yīng)如圖1所示，酶催化神經(jīng)傳導(dǎo)代謝產(chǎn)物(硫代乙酰膽堿)水解，其水解產(chǎn)物與顯色劑二硫代二硝基苯甲酸(DTNB)反應(yīng)，產(chǎn)生黃色物質(zhì)(TNB-C5H13N)，用分光光度計(jì)在412 nm處測定吸光度隨時(shí)間的變化量，可計(jì)算出抑制率，通過抑制率可以判斷出樣中是否有高劑量有機(jī)磷或氨基甲酸酯類農(nóng)藥的存在。

圖1 酶抑制法反應(yīng)的原理Fig.1 Reaction principle of AChE-inhibited method

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)的改良如圖2所示。在一定條件下，在乙酰膽堿酯酶及其底物(乙酰膽堿)的共存體系中加入農(nóng)產(chǎn)品樣品提取液，如果樣品中不含有機(jī)磷或氨基甲酸酯類農(nóng)藥，酶的活性就不被抑制，乙酰膽堿就會被酶水解，水解產(chǎn)物與加入的顯色劑反應(yīng)就會產(chǎn)生顏色。3 min內(nèi)的吸光度(A)變化量為ΔA。金屬-有機(jī)框架材料 PCN 222 具有高孔隙率和比表面積[12,21]，能有效富集 AChE 及農(nóng)藥分子，且該MOFs配體H2-TCPP具有優(yōu)良的催化活性，在一定空間內(nèi)增強(qiáng)反應(yīng)物濃度并提高顯色反應(yīng)速率，3 min內(nèi)的吸光度(A′)變化量為ΔA′，在PCN 222作用下顯色速率將大大提高，ΔA′>ΔA，從而改善酶抑制法的靈敏度[22]；反之，如果試樣提取液中含有一定量的有機(jī)磷或氨基甲酸酯類農(nóng)藥，酶的活性就被抑制，試樣中加入的底物就不能被酶水解，從而不顯色。

圖2 酶抑制法增敏示意圖Fig.2 Schematic illustration of sensitized ache inhibition method

1.3 抑制率計(jì)算方法

抑制率I的計(jì)算公式為

式中 ΔA0——空白樣品3 min內(nèi)412 nm處吸光度變化量

ΔAt——待測樣品(含農(nóng)藥)3 min內(nèi)412 nm處吸光度變化量

2 試驗(yàn)

2.1 儀器及試劑

S/M 100型高壓反應(yīng)釜(北京世紀(jì)森朗實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司)；SU8010型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(日立高新技術(shù)公司)；Q500 TGA型熱重分析儀(美國TA儀器公司)；Primo R型低溫冷凍離心機(jī)(美國熱電公司)；SpectraMax M5型多功能酶標(biāo)儀(美國Molecular Devices公司)；96型微孔板(德國Greiner Bio-One有限公司)；Mini型金屬浴裝置(杭州奧盛儀器有限公司)；SCILOGEX MX-S型旋渦混合器(美國賽洛捷克公司)。

5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)、氯化鋯(ZrCl4)、苯甲酸、磷酸氫二鉀(K2HPO4)、磷酸二氫鉀(KH2PO4)、二硫代二硝基苯甲酸(DTNB)、硫代乙酰膽堿(ATCh)和乙酰膽堿酯酶(AChE)均為分析純，都購自美國Sigma公司。

2.2 PCN 222的合成

取ZrCl4140 mg、TCPP 100 mg及苯甲酸5 400 mg于燒杯中，加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)16 mL，超聲處理使其均勻；將混合均勻的溶液倒入反應(yīng)釜，120℃反應(yīng)48 h；水熱反應(yīng)完成后將產(chǎn)物離心去除上層液體，乙醇反復(fù)離心洗滌3次；100℃干燥10 h即可得到PCN 222固體粉末。

2.3 分析步驟

實(shí)驗(yàn)選取有機(jī)磷農(nóng)藥毒死蜱為研究對象。其中空白加入0.5 mL磷酸鹽緩沖液(PBS，pH 值 7.4)，再依次加入10 μL的PCN 222乙醇分散液(10 μg/mL)，5 μL的AChE(1 U/μL)，20 μL的DTNB(8 μg/L)，搖勻后于37℃放置15 min(控制每批樣品放置時(shí)間一致)。提前設(shè)置好紫外分光光度計(jì)各項(xiàng)檢測參數(shù)，取100 μL混合液于96型微孔板中，迅速加入2 μL ATCh(8.3 μg/L)，記錄反應(yīng)3 min內(nèi)的412 nm吸光度隨時(shí)間的變化。對照溶液除加入一定量的毒死蜱外保證其他操作與空白一致。

2.4 實(shí)際樣品檢測

青菜葉攪拌成泥，稱取1 g，加入2 mL PBS分散，離心分離取上清液于低溫(4℃)保存?zhèn)溆谩７謩e取青菜基質(zhì)和PBS溶液，均添加10 μg/mL的毒死蜱，其余實(shí)驗(yàn)條件保持一致(如2.3節(jié))。用MOFs 材料改良 AChE 的酶促反應(yīng)，測定酶反應(yīng)體系的動力學(xué)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 PCN 222的表征

3.1.1 SEM表征

為研究PCN 222晶體生長的微觀形貌，也為了表征MOFs材料是否成功制備，對所制備的PCN 222進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)(圖3)的表征。從圖3a可以看出，制備的PCN 222晶體材料為六面棱柱結(jié)構(gòu)，從棒狀結(jié)構(gòu)不規(guī)則斷裂的橫截面(圖3b)可清楚地觀察到，棒狀形貌由層疊分布的片狀多晶形成，并吸附有其他小顆粒晶型碎片。這一表征同時(shí)證明，晶型PCN 222 MOFs材料已成功制備。

圖3 PCN 222的SEM表征Fig.3 SEM images of PCN 222

3.1.2 熱重表征

為研究PCN 222的熱穩(wěn)定性，對PCN 222進(jìn)行熱重分析(TGA)，在氮?dú)鈿夥障乱?0℃/min升溫速率由0℃升溫至600℃。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4a所示，該P(yáng)CN 222材料具有非常好的熱穩(wěn)定性，升溫至450℃基本無明顯失重(質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%以上)，即使升溫至600℃，仍保持有65%左右的質(zhì)量。

圖4 PCN 222的TGA與XRD表征Fig.4 TGA and XRD patterns obtained for PCN 222

3.1.3 X單晶衍射(XRD)表征

為研究PCN 222的結(jié)晶情況，對PCN 222進(jìn)行XRD表征，其結(jié)果如圖4b所示，圖中2θ表示X射線衍射角度。可以看出XRD譜圖峰型較好，峰值為5.86°、7.86°、8.30°和10.63°,證明了結(jié)晶晶體主軸為六面體[19]，這與SEM表征結(jié)果高度一致。同時(shí)該表征也進(jìn)一步證明了晶型材料PCN 222已成功合成。

3.2 PCN 222的用量與優(yōu)化

3.2.1 PCN 222的使用對酶反應(yīng)的影響

選取毒死蜱為典型的有機(jī)磷農(nóng)藥，分析PCN 222對酶抑制法的影響。固定檢測波長及其他條件，按照2.3節(jié)實(shí)驗(yàn)方法配制2份溶液，其中1份含PCN 222，另1份中不含PCN 222，然后在412 nm波長下，測定2份溶液吸光度隨時(shí)間的變化。結(jié)果如圖5a所示，實(shí)驗(yàn)表明PCN 222的加入使顯色體系在3 min內(nèi)的吸光度變化量增大，較未使用PCN 222系統(tǒng)的吸光度變化量增敏68.8%。同時(shí)，還測定了3 min時(shí)的波譜圖。其結(jié)果如圖5b所示，可以看出，加入PCN 222較未使用PCN 222的顯色體系在反應(yīng)至3 min時(shí)，只有吸光度(412 nm處)明顯增大且無其他區(qū)別。

圖5 PCN 222對酶抑制法的影響Fig.5 Effect of PCN 222 on ache inhibition method

3.2.2 PCN 222用量的優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)最佳的增敏效果，對PCN 222的用量進(jìn)行優(yōu)化。選取質(zhì)量濃度為1、5、10、50、100 μg/mL的PCN 222進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果表明，質(zhì)量濃度低于10 μg/mL時(shí)，抑制率隨PCN 222用量的增加而增大，這可歸因于局部的富集與催化作用隨PCN 222用量的增加而增大；質(zhì)量濃度大于10 μg/mL時(shí)，抑制率隨PCN 222用量的增加而降低，這可能是濃度高時(shí)，PCN 222某些特性影響了顯色反應(yīng)的進(jìn)行。為進(jìn)一步研究其原因，對不同質(zhì)量濃度PCN 222對酶反應(yīng)的影響進(jìn)行研究(均未添加農(nóng)藥)，結(jié)果如表1所示，可以看出，PCN 222質(zhì)量濃度為1～10 μg/mL時(shí)，3 min內(nèi)的吸光度變化量隨PCN 222用量的增多逐步增大；而PCN 222質(zhì)量濃度為10～50 μg/mL時(shí)，在3 min內(nèi)的吸光度變化量隨PCN 222用量的增多雖也在增大但其幅度大大降低；PCN 222質(zhì)量濃度為50～100 μg/mL時(shí)，在3 min內(nèi)的吸光度變化量隨PCN 222用量的增多反而降低，其原因很可能是較高質(zhì)量濃度的PCN 222對酶活產(chǎn)生了抑制。為確保最佳實(shí)驗(yàn)效果，選取10 μg/mL作為最佳質(zhì)量濃度。

表1 不同濃度的PCN 222對酶反應(yīng)的影響Tab.1 Effect of concentrations of PCN 222 on enzyme reaction

3.3 PCN 222對不同濃度毒死蜱的增敏效果

為進(jìn)一步分析PCN 222對酶抑制法的增敏作用，配置了系列質(zhì)量濃度的毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)溶液，包括0.01、0.05、0.1、0.5、1、5、10 μg/mL。將此系列質(zhì)量濃度標(biāo)液按照2.3節(jié)的方法同時(shí)進(jìn)行2組測定。其中1組加入PCN 222而另1組不加，保持其他條件一致，測定3 min內(nèi)412 nm波長處吸光度隨時(shí)間的變化，并分別計(jì)算2組溶液每個(gè)濃度對應(yīng)的抑制率，其結(jié)果如圖6及表2、3所示。實(shí)驗(yàn)表明PCN 222在0.01～10 μg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)均明顯提高了抑制率，改善了傳統(tǒng)酶抑制法的靈敏度。也可看出，未加入PCN 222時(shí)空白對照3 min內(nèi)吸光度變化量ΔA0為0.901 7，加入PCN 222時(shí)空白對照3 min內(nèi)吸光度變化量ΔA′0為1.15，ΔA′0>ΔA0，進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的原理。

圖6 PCN 222對毒死蜱的增敏效果Fig.6 Effect of PCN 222 on sensitization of chlorpyrifos

表2 無PCN 222增敏時(shí)的酶抑制情況Tab.2 Situation of ache inhibition without PCN 222

表3 PCN 222增敏時(shí)的酶抑制情況Tab.3 Situation of ache inhibition method with PCN 222

3.4 實(shí)際樣品分析

為驗(yàn)證PCN 222增敏的酶抑制法是否可應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測，以青菜基質(zhì)為例進(jìn)行研究。將添加有10 μg/mL毒死蜱的青菜基質(zhì)與10 μg/mL的毒死蜱標(biāo)液同時(shí)按照2.3節(jié)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測定3 min內(nèi)412 nm波長處吸光度隨時(shí)間的變化，其變化量及抑制率如表4所示，可以看出，以實(shí)際樣品作為反應(yīng)介質(zhì)與PBS的抑制情況相差無幾，且實(shí)際樣品對本研究干擾很小，同時(shí)說明該研究可用于實(shí)際樣品的檢測。

表4 實(shí)際樣品的酶抑制情況Tab.4 Situation of ache inhibition method in real sample

4 結(jié)束語

制備了一種比表面積高、熱穩(wěn)定強(qiáng)的MOF材料(PCN 222)，并將其成功應(yīng)用于酶抑制法的增敏。對所制備的PCN 222的微觀形態(tài)、結(jié)構(gòu)、XRD和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的表征。證明該MOFs是一種多孔的棒狀結(jié)構(gòu)(棒狀結(jié)構(gòu)主軸為六面體)，具有大的表面積和強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。PCN 222可有效富集 AChE 及農(nóng)藥分子，在一定空間內(nèi)增強(qiáng)反應(yīng)物濃度并提高抑制效率，增敏幅度高達(dá)68.8%，從而大大改善酶抑制法的靈敏度。與此同時(shí)，蔬菜基質(zhì)也不會對酶反應(yīng)造成干擾，因此該方法推廣到實(shí)際應(yīng)用中也有很高的潛力。

1 YANG L, HAN J, LIU W, et al. Conversion of inhibition biosensing to substrate-like biosensing for quinalphos selective detection[J]. Analytical Chemistry, 2015, 87(10): 5270-5277.

2 馬海樂,孫寶勝,何榮海,等. 果蔬清洗廢水中樂果農(nóng)藥掃頻超聲波降解工藝優(yōu)化[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(11): 169-173, 179. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20121132&journal_id=jcsam. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.032. MA Haile, SUN Baosheng, HE Ronghai, et al.Process optimization of dimethoate pesticide degradationby ultrasound in aqueous solution[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(11): 169-173, 179. (in Chinese)

3 SINGH B K. Organophosphorus-degrading bacteria: ecology and industrial applications[J]. Nature Reviews Microbiology, 2009, 7(2): 156-164.

4 JEYARATNAM J.Acute pesticide poisoning: a major global health problem[J]. World Health Statistics Quarterly, 1990, 43: 139-144.

5 孫俊,蔣淑英,毛罕平,等.基于線性判別法的生菜農(nóng)藥殘留定性檢測模型研究[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016, 47(1): 234-239.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160131&journal_id=jcsam. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2016.01.031. SUN Jun, JIANG Shuying, MAO Hanping, et al.Nondestructive identification of pesticide residues in lettuce leaves based on linear discriminant method[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(1): 234-239. (in Chinese)

6 孫俊,張梅霞,毛罕平,等.基于高光譜圖像的桑葉農(nóng)藥殘留種類鑒別研究[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015, 46(6): 251-256.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20150636&journal_id=jcsam. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.06.036. SUN Jun, ZHANG Meixia, MAO Hanping, et al.Identification of pesticide residues on mulberry leaves based on hyperspectral imaging[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(6): 251-256. (in Chinese)

7 ARMSTRONG J L, DILLS R L, YU J B, et al.A sensitive LC-MS/MS method for measurement of organophosphorus pesticides and their oxygen analogs in air sampling matrices[J]. Journal of Environmental Science and Health Part B, 2014, 49(2): 102-108.

8 王琳玲，王耀，楊海，等. 亞臨界水萃取-酶抑制法快速檢測蔬菜中的滅多威農(nóng)藥[J]. 分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 25(1):90-92. WANG Linling, WANG Yao, YANG Hai, et al. A rapid method based on subcritical water extraction and acetylcholinesterase inhibition assay for the determination of methomyl pesticide in vegetables[J]. Journal of Analytical Science,2009, 25(1):90-92. (in Chinese)

9 謝俊平，陳威，盧新，等. 改良酶抑制法快速檢測稻谷中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志, 2014, 24(23): 3387-3391. XIE Junping, CHEN Wei, LU Xin, et al. Improvement of enzyme inhibition method for rapid detection of organophosphate pesticide residues in rice[J].Chinese Journal of Health Laboratory Technology, 2014, 24(23): 3387-3391. (in Chinese)

10 王小瑜,王相友,孫霞,等. 蔬菜有機(jī)磷農(nóng)藥殘留檢測試劑包檢測條件的優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2008, 39(4): 97-100. WANG Xiaoyu, WANG Xiangyou, SUN Xia, et al. Optimization of determination for pesticide residues in vegetables[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2008, 39(4): 97-100. (in Chinese)

11 趙永福，董學(xué)芝，胡衛(wèi)平，等. 十二烷基硫酸鈉對酶抑制光度法測定農(nóng)藥殘留的增敏作用[J]. 化學(xué)研究, 2006, 17(1): 89-91. ZHAO Yongfu,DONG Xuezhi,HU Weiping, et al. Detection of pesticide residues by enzyme inhibition method with sodium dodecylsulfate as sensitizer[J].Chemical Research, 2006, 17(1): 89-91. (in Chinese)

12 FENG D, GU Z Y, LI J R, et al. Zirconium-metalloporphyrin PCN 222: mesoporous metal-organic frameworks with ultrahigh stability as biomimetic catalysts[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2012, 51(41): 10453-10456.

13 ABRAHAM M S, OMAR K F, JOSEPH T H,et al. A catalytically active, permanently microporous MOF with metalloporphyrin struts[J]. Journal of the American Chemical Society, 2009, 131(12): 4204-4205.

14 QI Z W, CHEN Y.Charge-transfer-based terbium MOF nanoparticles as fluorescent pH sensor for extreme acidity[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2017, 87: 236-241.

15 許紅，童敏曼，吳棟，等. 金屬-有機(jī)骨架材料用于去除天然氣中H2S的計(jì)算研究[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 31(1): 41-50. XU Hong, TONG Minman, WU Dong, et al. Computational study of metal-organic frameworks for removing H2S from natural gas[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(1): 41-50. (in Chinese)

16 CHEN Y W, Lü D F, WU J L, et al. A new MOF-505@ GO composite with high selectivity for CO2/CH4and CO2/N2separation[J]. Chemical Engineering Journal, 2017, 308: 1065-1072.

17 王麗蘋, 王公應(yīng), 汪帆, 等. 含Zn2+的金屬有機(jī)骨架材料對碳酸二苯酯與1,4-丁二醇酯交換反應(yīng)的催化性能[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2009, 29(3): 82-85. WANG Liping, WANG Gongying, WANG Fan, et al.Transesterification between diphenyl carbonate and 1,4-butanediol catalyzedby metal-organic framework based on Zn2+[J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2009, 29(3): 82-85. (in Chinese)

18 HU Z, LUSTIG W P, ZHANG J, et al. Effective detection of mycotoxins by a highly luminescent metal-organic framework[J]. Journal of the American Chemical Society, 2015, 137(51): 16209-16215.

19 LING P, LEI J, JU H. Nanoscaled porphyrinic metal-organic frameworks for electrochemical detection of telomerase activity via telomerase triggered conformation switch[J]. Analytical Chemistry, 2016, 88(21): 10680-10686.

20 WANG Y, ZHU Y, BINYAM A, et al. Discovering the enzyme mimetic activity of metal-organic framework (MOF) for label-free and colorimetric sensing of biomolecules[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2016, 86: 432-438.

21 LEE J, FARHA O K, ROBERTS J, et al. Metal-organic framework materials as catalysts[J]. Chemical Society Reviews, 2009, 38: 1450-1459.

22 ZHANG G Y, ZHUANG Y H, SHAN D, et al. A zirconium based porphyrinic metal-organic framework(PCN 222): enhanced photoelectrochemical response and its application for label-free phosphoprotein detection[J]. Analytical Chemistry, 2016, 88(22): 11207-11212.

Porous Metal-organic Frameworks: PCN 222 Sensitization to Ache Inhibition Method

XU Xiahong GUO Yu’na WANG Xinquan WANG Xiangyun QI Peipei WANG Zhiwei
(InstituteofQualityandStandardforAgro-products,ZhejiangAcademyofAgriculturalSciences,Hangzhou310021,China)

Food safety issues caused by pesticide residues become the spotlight of public concerns all over the world. Metal-organic frameworks: porous coordination network 222 (MOFs:PCN 222) were synthesized and investigated as a novel sensitizer for AChE-inhibited method. TCPP (Tetrakis (4-carboxyphenyl)porphyrin) was employed as a ligand and highly stable Zr6clusters were chosen as nodes for the assembly of stable Zr-MOFs. With carefully selected starting materials, a 3D porous MOFs was successfully constructed. Some properties of the prepared PCN 222, including structure, morphology X-ray diffraction (XRD) and thermostability were studied systematically. Porous virgate structure (spindle hexahedron), large surface area and strong thermostability were obtained for the MOFs. Based on the PCN 222, a sensitive AChE-inhibited method was developed. As a proof of concept, chlorpyrifos was used as a model analyte. Under the optimal conditions, absorbance increasing efficiency was increased by 68.8% (in 3 min), which substantially improved the sensitivity of the colorimetric method compared with traditional ache inhibition method. The results revealed that the sensitization range obtained for chlorpyrifosis was approximately 0.01～10 μg/mL. Furthermore, the biosensor was successfully applied to the quantitative assay of chlorpyrifos in synthetic sample (vegetable matrix). In addition, the method possessed the advantages of simplicity, rapidity and cost-effective. Hence, the developed sensitized AChE-inhibited method might provide a useful and practical tool for organophosphorus pesticide determination and related food safety analysis.

metal-organic frameworks; porous coordination network 222; chlorpyrifos; AChE-inhibited method; sensitization

2017-03-26

2017-04-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31671940)

徐霞紅(1983—)，女，副研究員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究，E-mail: xiahongxu126@126.com

王新全(1979—)，男，副研究員，主要從事農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)研究，E-mail: wangxinquan212@163.com

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.024

S481+.8； X502

A

1000-1298(2017)05-0193-06