關(guān)樺楠，張 悅，王丹丹，吳永存，彭 勃

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028）

天然酶作為一種生物大分子催化劑，在溫和條件下，可以高效催化各種生物化學(xué)反應(yīng)，具有高特異性、底物專(zhuān)一性和種類(lèi)多樣性等優(yōu)點(diǎn)，在生化分析中起著重要的作用，廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工、農(nóng)業(yè)[1]、生物醫(yī)學(xué)[2]、環(huán)境分析和食品工程[3]等眾多領(lǐng)域。然而，天然酶在極端條件下穩(wěn)定性差、易變性失活，對(duì)環(huán)境變化高度敏感、易影響催化效率，而且天然酶的生產(chǎn)制備和純化回收的成本高、難度大[4]，這極大限制了天然酶的應(yīng)用。因此，發(fā)展人工合成具有類(lèi)酶活性的材料來(lái)代替天然酶引起了廣泛關(guān)注，金屬氧化物[5]、碳基納米結(jié)構(gòu)[6]、貴金屬基納米結(jié)構(gòu)[7]、過(guò)渡金屬化合物[8]和金屬有機(jī)框架[9]（Metal Organic Frames，MOFs）等已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有類(lèi)酶活性。其中，由金屬離子與有機(jī)配體結(jié)合而成的金屬有機(jī)框架被認(rèn)為是模擬酶的理想材料，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。與天然酶相比，MOFs具有成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于貯存、易于回收和活性可調(diào)等明顯優(yōu)勢(shì)[10]，而且其物理化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特[11]，功能多樣，被廣泛應(yīng)用于生化分析。本文綜述金屬有機(jī)框架作為模擬酶，在葡萄糖、活性蛋白、脂類(lèi)活性成分、維生素、無(wú)機(jī)鹽、致病菌、重金屬的檢測(cè)和其他活性物質(zhì)等的生化分析中的應(yīng)用進(jìn)展，并展望該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

1 金屬有機(jī)框架概述

金屬有機(jī)框架是由金屬離子或金屬簇與有機(jī)配體通過(guò)配位鍵自組裝而成的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的雜化材料，具有比表面積大、孔徑可調(diào)、結(jié)構(gòu)多樣和表面修飾等特點(diǎn)[12-13]。構(gòu)成這類(lèi)材料的常見(jiàn)金屬有Zn、Cr、Co、Ni、Cu、Ag、Al和堿金屬等，與金屬配位的配體通常是羧類(lèi)、唑類(lèi)、磷酸酯類(lèi)等有機(jī)分子。不同的金屬框架作為模擬酶的活性不同，如具有過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶活性、氧化物酶活性等。目前，已有多種成熟的方法合成形貌各異的金屬有機(jī)框架，如拉瓦錫材料研究所（Material Institute of Lavoisier，MI L）的金屬有機(jī)框架MIL-53、MIL-88和MIL-101[14-16]；沸石咪唑酯骨架類(lèi)（Zeolite Imidazole Ester Framework，ZIF）的金屬有機(jī)框架ZIF-8、ZIF-9和ZIF-67等[17-19]；香港科技大學(xué)研制的一種經(jīng)典三維多籠多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)框架HKUST-1[20]；單金屬系列的金屬有機(jī)框架Cu-MOFs、Co-MOFs、Fe-MOFs和Ce-MOFs等[21-24]；此外，還有其他復(fù)合金屬有機(jī)框架[25]等。

2 金屬有機(jī)框架模擬酶在生化分析中的應(yīng)用

2.1 在葡萄糖分析中的應(yīng)用

葡萄糖是生物重要的能量來(lái)源。諸多研究結(jié)果表明[26-27]，金屬有機(jī)框架可將葡萄糖經(jīng)葡萄糖氧化酶產(chǎn)生的過(guò)氧化氫催化為具有氧化活性的自由基，而該自由基可將無(wú)色的3,3‘,5,5‘-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）底物氧化為藍(lán)色的oxTMB。因此，基于這一原理并采用比色法，可對(duì)葡萄進(jìn)行定性定量分析。目前，檢測(cè)葡萄糖常用的方法有色譜法、熒光法和滴定法等，與這些方法相比，利用金屬有機(jī)框架作為模擬酶對(duì)葡萄糖進(jìn)行檢測(cè)具有成本低、簡(jiǎn)單高效和靈敏準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。

CHEN等[28]提出了一種簡(jiǎn)便的制備鉑納米粒子（PtNPs）修飾二維金屬有機(jī)骨架納米復(fù)合材料的方法，將一種類(lèi)血紅素結(jié)構(gòu)的配體TCPP（Fe）與金屬銅配合形成金屬有機(jī)框架納米薄片（Cu-TCPP（Fe）），進(jìn)而用光化學(xué)還原法將其與PtNPs結(jié)合，形成一種雜化納米材料PtNPs/Cu-TCPP（Fe）。經(jīng)研究表明，PtNPs/Cu-TCPP（Fe）比PtNPs、Cu-TCPP（Fe）納米薄片以及兩者混合物表現(xiàn)出優(yōu)異的過(guò)氧化物模擬酶活性。研究還將PtNPs/Cu-TCPP（Fe）與葡萄糖氧化酶結(jié)合，建立了葡萄糖級(jí)聯(lián)反應(yīng)比色法，檢測(cè)機(jī)理如圖1所示。該分析方法葡萄糖檢出限為0.994 μmol/L，線性范圍為2～200 μmol/L，具有良好的靈敏度和選擇性。與天然過(guò)氧化物酶相比，PtNPs/Cu-TCPP（Fe）雜化納米薄片制備簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好，為利用金屬有機(jī)框架作為模板制備新型功能雜化納米材料用于葡萄糖的檢測(cè)分析，提供了新的視角。

圖1 PtNPs/Cu-TCPP（Fe）雜化米片的合成方法及其對(duì)過(guò)氧化氫和葡萄糖比色檢測(cè)的機(jī)理示意圖Fig.1 Schematic illustration of the synthesis method of PtNPs/Cu-TCPP（Fe） hybrid nanosheets and their application in colorimetric detection of hydrogen peroxide and glucose

無(wú)花果蛋白酶[29]（Ficin）是一種硫醇蛋白酶，具有較強(qiáng)的過(guò)氧化物酶活性。ZHENG等[30]利用Ficin的低成本、溫度耐受性和pH耐久性等優(yōu)點(diǎn)，制備了一種多孔金屬有機(jī)框架PCN-333（Fe），并將Ficin封裝在其中，形成Ficin@PCN-333（Fe）復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn)， Ficin@PCN-333（Fe）具有較好的催化性能，可用于提高葡萄糖含量檢測(cè)的靈敏度和選擇性。在本研究建立的Ficin@PCN-333（Fe）與葡萄糖結(jié)合比色法，葡萄糖的檢出限為97 nmol/L，線性范圍為0.5～180 μmol/L。

2.2 在活性蛋白分析中的應(yīng)用

在腫瘤和癌癥早期，一些蛋白生物標(biāo)志物的濃度會(huì)迅速升高，因此，檢測(cè)這些蛋白生物標(biāo)志物對(duì)治療癌癥和腫瘤具有重要意義。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，例如免疫組織化學(xué)，酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)和放射免疫分析，具有靈敏度低、操作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、有害影響等缺點(diǎn)。但是，功能化金屬有機(jī)框架模擬酶蛋白生物標(biāo)志物檢測(cè)體系，具有靈敏、高效和準(zhǔn)確等特點(diǎn)，在醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要的實(shí)踐意義。

黏蛋白1（Mucin 1，MUC1）是一種具有高分子量的I型透射蛋白，主要存在于組織和器官的管腔或腺腔表面附近的上皮細(xì)胞中，其在異常表達(dá)下主要表現(xiàn)為含量增加、細(xì)胞表面分布改變和結(jié)構(gòu)改變，可以作為腫瘤早期診斷的潛在靶分子[31]。WANG等[32]合成了具有較強(qiáng)過(guò)氧化物酶活性的N-（4-氨基丁基）-N-（乙基異質(zhì)醇）功能化鐵基金屬-有機(jī)骨架（ABEI/MIL-101（Fe）），并將其作為高效電化學(xué)發(fā)光（Electronics Components Laboratory，ECL）指示劑構(gòu)建敏感性免疫傳感器，機(jī)理如圖2所示。ABEI/MIL-101（Fe）作為過(guò)氧化物酶模擬物可加速過(guò)氧化氫分解，產(chǎn)生大量的活性羥基，增加該免疫傳感器的ECL檢測(cè)信號(hào)，提高靈敏性。其用于MUC1的檢測(cè)，檢出限為1.6 fg/mL，線性范圍為10 fg/mL～10 ng/mL。該免疫傳感器可對(duì)生物標(biāo)記進(jìn)行敏感檢測(cè)，用于腫瘤治療的早期診斷，拓寬了金屬有機(jī)框架在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖2 合成及反應(yīng)機(jī)理示意圖Fig.2 Schematic diagram of synthesis and reaction mechanism

甲胎蛋白（Alpha-Fetoprotein，AFP）是一種用于早期診斷癌癥的敏感生物標(biāo)志物[33]，但在血液中的含量極低，不易被準(zhǔn)確的檢測(cè)。ZHANG等[34]將氯化高鐵血紅素（Hemin）和金納米粒子（Au）進(jìn)行結(jié)合，形成Hemin-Au核，并將其封裝于鋱基金屬有機(jī)框架中，得到一種具有環(huán)境穩(wěn)定性較高、過(guò)氧化物酶活性較強(qiáng)、具有金納米粒子雙重催化性的金屬有機(jī)框架復(fù)合材料模擬酶（Hemin-Au@MOF）。利用Hemin-Au@MOF對(duì)夾式甲胎蛋白進(jìn)行測(cè)定，檢出限為0.02 ng/mL，線性范圍為0.08～43.00 ng/mL。該檢測(cè)方法檢出限低、靈敏性高，為癌癥生物標(biāo)志物甲胎蛋白的檢查提供了新方法。

2.3 在脂類(lèi)活性成分分析中的應(yīng)用

膽固醇是動(dòng)物細(xì)胞膜的重要組成成分，是維持細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)和功能所必需的物質(zhì)。它還在幾種維生素、類(lèi)固醇激素和膽汁酸的合成中發(fā)揮重要作用。然而，當(dāng)人體中膽固醇含量過(guò)高時(shí)，會(huì)引發(fā)多種心血管疾病。因此，在醫(yī)學(xué)和臨床診斷中，膽固醇是不可缺少的重要檢測(cè)指標(biāo)[35]。膽固醇的臨床檢測(cè)，通常利用以辣根過(guò)氧化物酶為基礎(chǔ)的比色法進(jìn)行測(cè)定。然而，辣根過(guò)氧化物酶為蛋白質(zhì)，在加熱或化學(xué)變化過(guò)程中容易變性，制備成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、貯存困難。利用金屬有機(jī)框架模擬辣根過(guò)氧化物酶對(duì)膽固醇進(jìn)行檢測(cè)，可以提高檢測(cè)靈敏性和準(zhǔn)確性，降低檢測(cè)成本。

WU等[35]制備了具有較強(qiáng)的過(guò)氧化物酶活性的金屬有機(jī)框架（Fe3O4@MIL-100（Fe）），并以此建立了一種簡(jiǎn)單、靈敏和高效的膽固醇比色檢測(cè)法，用于血清中膽固醇的檢測(cè)，作用機(jī)理如圖3所示。該檢測(cè)方法的檢出限為0.8 μmol/L，線性范圍為2～50 μmol/L，而且可以磁性回收，降低成本。

圖3 膽固醇氧化酶（ChOx）和Fe3O4@MIL-100（Fe）比色法檢測(cè)膽固醇的機(jī)理示意圖Fig.3 Schematic illustration of colorimetric detection of cholesterol using cholesterol oxidase （ChOx） and Fe3O4@MIL-100（Fe） catalyzed reactions

JAVAD等[36]制備了一種具有多孔結(jié)構(gòu)新型金屬有機(jī)框架模擬酶，可將膽固醇氧化酶封裝進(jìn)去，形成天然酶和模擬酶相結(jié)合的復(fù)合式膽固醇氧化納米酶（ChOx-MOF）。與純粹的天然膽固醇氧化酶相比，ChOx-MOF氧化能力更強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)能力更好。利用ChOx-MOF和制備的過(guò)氧化物酶模擬物（AgNC/MoS2-NS）結(jié)合熒光檢測(cè)法對(duì)膽固醇進(jìn)行檢測(cè)，檢出限為0.03 mol/L，線性范圍為0.06～15 mol/L。該方法具有良好的選擇性和靈敏度，可用于食品中膽固醇的測(cè)定，也可應(yīng)用于人體血液中膽固醇的檢測(cè)。

2.4 在維生素分析中的應(yīng)用

維生素作為一種微量成分，在人體生長(zhǎng)和新陳代謝諸多生化反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。維生素人體所需含量低，但當(dāng)其含量異常時(shí)會(huì)引發(fā)多種疾病。因此，建立一種快速、準(zhǔn)確的維生素檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。金屬有機(jī)框架作為模擬酶應(yīng)用于維生素的檢測(cè)具有高效、靈敏等優(yōu)勢(shì)，在維生素檢測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

抗壞血酸又稱(chēng)維生素C，是一種水溶性維生素，廣泛存在于水果蔬菜中。ZHENG等[37]制備了一種具有過(guò)氧化物模擬酶活性的金屬有機(jī)框架MOF-808，可以在較寬泛的pH范圍內(nèi)具有高效的催化活性，并以此建立了一種簡(jiǎn)便、靈敏的抗壞血酸比色檢測(cè)方法。以TMB作為顯色底物，在過(guò)氧化氫的存在下MOF-808可以將其轉(zhuǎn)化為藍(lán)色物質(zhì)，而添加抗壞血酸可抑制這一現(xiàn)象，以此可以對(duì)抗壞血酸進(jìn)行檢測(cè)，機(jī)理如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，抗壞血酸的最低檢出限為15 μmol/L，線性范圍為30～1030 μmol/L。該方法不僅具有簡(jiǎn)便、靈敏和快速等優(yōu)點(diǎn)，而且還證明了MOF-808是一種特殊的模擬酶材料，可以在中性條件下進(jìn)行檢測(cè)，為金屬有機(jī)框架模擬酶在中性溶液條件下發(fā)揮高催化活性提供理論基礎(chǔ)。目前研究普遍認(rèn)為，MOF-808過(guò)氧化物酶模擬酶是用于抗壞血酸檢測(cè)最好的比色生物傳感器之一[37]。

圖4 MOF-808比色法檢測(cè)抗壞血酸機(jī)理示意圖Fig.4 Schematic illustration of the detection mechanism ofascorbic acid by MOF-808 colorimetric method

硫胺素（Thiamine）又稱(chēng)維生素B1，是一種存在于多種食物中的天然營(yíng)養(yǎng)素，是維持神經(jīng)和心血管系統(tǒng)正常功能的重要生長(zhǎng)因子[38]。硫胺素易在堿性溶液中被氧化為具有強(qiáng)熒光性的硫代鉻[39]，因此，硫胺素常用作熒光底物，用于過(guò)氧化物檢測(cè)。TAN等[39]利用硫胺素作為過(guò)氧化物酶底物，證明銅基金屬有機(jī)框架（HKUST-1）具有過(guò)氧化物類(lèi)酶活性，可以高效的催化過(guò)氧化氫氧化硫胺素，并以此為基礎(chǔ)，建立了一種簡(jiǎn)便的硫胺素?zé)晒鈾z測(cè)方法。在過(guò)氧化氫存在下，HKUST-1能有效催化非熒光硫胺素向強(qiáng)熒光硫代色素的轉(zhuǎn)化，結(jié)合熒光檢測(cè)方法，可有效地檢測(cè)硫胺素含量。該方法線性范圍為4～700 μmol/L，檢出限為1.0 μmol/L。KHAN等[40]基于辣根過(guò)氧化物酶（HRP）在過(guò)氧化氫存在下的催化活性，并采用熒光分光光度法，建立了一種新型的硫胺素檢測(cè)方法，檢出限為0.015 mg/mL。

2.5 在無(wú)機(jī)鹽分析中的應(yīng)用

磷酸鹽及其酶解在諸多生化反應(yīng)的過(guò)程中以及某些重大疾病的發(fā)生過(guò)程中起著關(guān)鍵性的作用。磷酸鹽具有多種形式，一方面，在細(xì)胞信號(hào)傳遞、能量代謝等多種生物過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，另一方面，過(guò)量的磷酸鹽可以使水體污染，給水生生物帶來(lái)危害。因此，明確磷酸鹽的含量以及在相關(guān)生理和病理事件中的作用，具有重要意義。利用基于金屬有機(jī)框架制備的模擬酶，對(duì)磷酸鹽進(jìn)行測(cè)定和跟蹤，具有高效、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，可推廣其在生物化學(xué)分析中的應(yīng)用。

QIN等[41]利用各種磷酸鹽（一磷酸腺ADP、二磷酸腺AMP、三磷酸腺苷ATP、焦磷酸鹽PPi和磷酸鹽Pi等）調(diào)節(jié)過(guò)氧化物酶模擬物的活性，制作了2D M-TCPP（Fe）納米酶（M=Zn,Co,Cu）的傳感器陣列。此傳感器可以探測(cè)由三磷酸腺苷雙磷酸酶和焦磷酸酶催化的ATP和PPi水解過(guò)程，并成功建立了生物樣品中磷酸鹽檢測(cè)的傳感器。相較于每次只能檢測(cè)一個(gè)既定的磷酸鹽的單個(gè)傳感器，該納米傳感器陣列可以同時(shí)辨別多個(gè)磷酸鹽，為納米傳感器應(yīng)用于磷酸鹽的鑒別及其酶水解的探索開(kāi)創(chuàng)了新的思路。

當(dāng)水中的磷酸鹽過(guò)量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致藻類(lèi)生物過(guò)度生長(zhǎng)，從而降低水中的含氧量，進(jìn)而對(duì)其他生物造成威脅[42]。WANG等[42]研究合成了3種銅基金屬有機(jī)框架，并研究證明其具有過(guò)氧化物模擬酶活性，可將TMB催化形成藍(lán)色物質(zhì)。但在磷酸鹽的存在下，可以抑制該顯色反應(yīng)?；谶@一現(xiàn)象，該研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了測(cè)定磷酸鹽的比色法，機(jī)理如圖5所示。磷酸鹽的檢出限為20 nmol/L，線性范圍為0.05～5 μmol/L。該項(xiàng)研究為金屬有機(jī)框架應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域提供了可能。

圖5 Cu-MOF比色法檢測(cè)磷酸鹽機(jī)理示意圖Fig.5 Schematic illustration of the detection mechanism of phosphate by Cu-MOF colorimetric method

2.6 在致病菌分析中的應(yīng)用

致病菌給人類(lèi)的健康帶來(lái)了巨大的威脅，因此對(duì)致病菌進(jìn)行敏感、選擇性的檢測(cè)具有重要意義。相比于采用傳統(tǒng)培養(yǎng)檢測(cè)的耗時(shí)長(zhǎng)和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法的成本高等缺點(diǎn)，以金屬有機(jī)框架作為模擬酶對(duì)致病菌進(jìn)行檢測(cè)，具有快速、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可以成為一種新型檢測(cè)病原菌的工具。

嗜水氣單胞菌（Aeromonas hydrophila）是一種存在于兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物和養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)中的新興致病菌，其可以引起人類(lèi)的多種感染以及在短時(shí)間內(nèi)造成魚(yú)類(lèi)的高死亡率[43]。XU等[44]利用水熱法制備了具有規(guī)則金剛石晶體形態(tài)的復(fù)合金屬有機(jī)框架納米材料（Co3Fe-MMOF），其表現(xiàn)出了顯著的過(guò)氧化物酶活性。利用聚多巴胺將抗體固定在其表面后，將可以發(fā)生顯色反應(yīng)的具有特異抗體識(shí)別的Co3Fe-MMOF與磁分離相結(jié)合，建立一種新型的高選擇性和靈敏性的嗜水氣單胞菌比色檢測(cè)法，其檢出限為17 CFU/mL，線性范圍為62～6.2×108CFU/mL。該方法為嗜水氣單胞菌的檢測(cè)提供了一種新型酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)法且可以拓展應(yīng)用于其他致病菌領(lǐng)域內(nèi)的檢測(cè)，也為其他致病菌的檢測(cè)提供了新思路。

金黃色葡萄球菌是一種常見(jiàn)的致病菌，在自然界分布范圍極廣。WANG等[45]利用2-氨基對(duì)苯二甲酸和硝酸銅作為原料，采用水熱法合成銅基金屬有機(jī)框架納米粒子（Cu-MOF）。由于其表面存在豐富的胺基，使得金黃色葡萄球菌適配體易于修飾Cu-MOF納米粒子，確保了其能夠選擇性地識(shí)別金黃色葡萄球菌。將Cu-MOF作為過(guò)氧化物酶模擬物的催化顯色反應(yīng)與適配體識(shí)別和磁分離相結(jié)合，建立了一種金黃色葡萄球菌比色檢測(cè)方法。機(jī)理如圖6所示，金黃色葡萄球菌檢測(cè)的檢出限為20 CFU/mL，線性范圍為50～10000 CFU/mL。該方法具有簡(jiǎn)便、靈敏、高選擇性等優(yōu)點(diǎn)，可用于生物醫(yī)藥和食品工程等行業(yè)中金黃色葡萄球菌的檢測(cè)。

圖6 比色法檢測(cè)目標(biāo)細(xì)菌的示意圖Fig.6 Schematic illustration of colorimetric detection of target bacteria

2.7 在重金屬分析中的應(yīng)用

重金屬是指比重大于5的金屬[46]，是一種對(duì)生物和環(huán)境具有嚴(yán)重影響的污染物。重金屬通過(guò)食物鏈的富集放大作用最終會(huì)進(jìn)入人體，對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害，如神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷和致癌等。目前，檢測(cè)分析重金屬的方法都需要大型的儀器設(shè)備，具有檢測(cè)成本較高和操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，而利用金屬有機(jī)框架進(jìn)行檢測(cè)則具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)和靈敏等優(yōu)點(diǎn)，可用于快速檢測(cè)重金屬。

XU等[47]采用一步自組裝法將酸性ACP和Hemin裝入多功能鋅基有機(jī)框架合成多功能傳感元件（ACP/Hemin@Zn-MOF），并以此制備一種高性能傳感器，該傳感器具有熒光特性、過(guò)氧化物酶活性和砷識(shí)別特異性?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)有毒無(wú)機(jī)砷的高靈敏度和高選擇性的檢測(cè)，檢出限為1.05 μg/L，線性范圍為3.33～300 μg/L，成功應(yīng)用于水稻中無(wú)機(jī)砷含量的檢測(cè)。

LI等[48]構(gòu)建了一種無(wú)貴金屬有機(jī)框架（ZIF-8/GO）作為探針，在銀離子的存在下，可觸發(fā)其較強(qiáng)的過(guò)氧化物酶活性，將顯色底物TMB轉(zhuǎn)化為肉眼可見(jiàn)的藍(lán)色，機(jī)理如圖7所示?；诖丝捎糜谒脱鍢悠分懈哌x擇性和高靈敏度的銀離子比色檢測(cè)，檢出限為1.43 nmol/L，線性范圍為2～5 nmol/L。ZIF-8/GO探針具有成本低、操作方便、靈敏度和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，使其成為工業(yè)上經(jīng)濟(jì)友好的檢測(cè)銀離子的一種方法，彌補(bǔ)了貴金屬納米酶高成本的缺點(diǎn)，擴(kuò)大了金屬有機(jī)框架在工業(yè)上的應(yīng)用。

圖7 ZIF-8/GO合成及其比色檢測(cè)銀離子的機(jī)理示意圖Fig.7 Schematic diagram of the synthesis of ZIF-8/GO and its colorimetric detection of silver ions

2.8 在其它生化活性成分分析中的應(yīng)用

多巴胺（Dopamine）作為一種神經(jīng)遞質(zhì)，若在人體內(nèi)積累過(guò)多，可極大消耗體內(nèi)的能量，由此，可引起神經(jīng)功能障礙甚至可以導(dǎo)致嬰幼兒早夭。另一方面，多巴胺的缺乏可以使人體失去注意力以及對(duì)肌肉的控制。因此，多巴胺的定量檢測(cè)在抑郁癥、精神分裂癥、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床診斷中至關(guān)重要[49]。

WANG等[50]利用水熱法合成了一種含銅的金屬有機(jī)框架作為模擬酶（Cu（PDA）（DMF）），其由1,10-菲羅啉-2,9-二羧酸（H2PDA）和Cu2+離子構(gòu)成，表現(xiàn)出較高的過(guò)氧化物酶催化活性，并可以催化無(wú)色底物TMB與過(guò)氧化氫反應(yīng)生成藍(lán)色產(chǎn)物。然而，在多巴胺存在的情況下，Cu（PDA）（DMF）的過(guò)氧化物酶活性可被明顯抑制，機(jī)理如圖8所示?；谶@一現(xiàn)象，建立了一種具有良好選擇性和高靈敏度的多巴胺比色檢測(cè)法，線性范圍為10～100 μmol/L。該研究成果將Cu（PDA）（DMF）用于檢測(cè)人類(lèi)尿液和藥物樣品中的多巴胺，并表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和強(qiáng)勁的催化活性。因此，可以研發(fā)新型金屬有機(jī)框架作為模擬酶對(duì)其他糖類(lèi)或物質(zhì)進(jìn)行高效快速檢測(cè)，擴(kuò)大金屬有機(jī)框架作為模擬酶在生化分析中的應(yīng)用。c.金屬框架模擬酶與其他檢測(cè)法進(jìn)行聯(lián)用。金屬框架作為模擬酶在生化分析中應(yīng)用時(shí)，常使用比色法，有時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，檢測(cè)不靈敏等現(xiàn)象。而電化學(xué)檢測(cè)方法可以靈敏的檢測(cè)生化反應(yīng)中電子的移動(dòng)，并以電信號(hào)輸出，可以很好地分析體系中的反應(yīng)原理和待測(cè)物的含量。因此，可以拓展金屬有機(jī)框架模擬酶與電化學(xué)檢測(cè)法進(jìn)行聯(lián)用，建立更加靈敏、準(zhǔn)確和快速的檢測(cè)方法。綜上所述，金屬有機(jī)框架作為模擬酶在生化分析中具有較大的研究空間和廣闊的應(yīng)用價(jià)值，將為生化檢測(cè)提供一種新方法。

圖8 [Cu（PDA）（DMF）]過(guò)氧化物酶比色檢測(cè)DA的機(jī)理示意圖Fig.8 Schematic illustration of peroxidase-like activity of[Cu（PDA）（DMF）] and its application for colorimetric DA detection

次黃嘌呤（Hypoxanthine）是一種重要的生物堿，其主要由三磷酸腺苷在酶的降解作用下產(chǎn)生，可用于評(píng)估水產(chǎn)品早期的新鮮度[51]。HU等[52]采用自下而上的方法，制備了氨基功能化的二維金屬有機(jī)框架納米薄片（NH2-Cu-MOF），研究表明，該納米薄片既有較強(qiáng)的過(guò)氧化物酶活性又有優(yōu)良的熒光性能?；诖?，建立了一種檢測(cè)次黃嘌呤的生物傳感器，次黃嘌呤的檢出限為3.93 μmol/L，線性范圍為10～2000 μmol/L。該生物傳感器已應(yīng)用于魚(yú)體中次黃嘌呤的檢測(cè)，并取得了滿意的成果，為食品安全分析提供了有力的檢測(cè)方法。

3 結(jié)論

該文總結(jié)了近年來(lái)金屬有機(jī)框架作為模擬酶在生物化學(xué)分析中的研究進(jìn)展。利用金屬有機(jī)框架作為模擬酶對(duì)生化物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)具有簡(jiǎn)便、靈敏、準(zhǔn)確和穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了天然酶固有的缺陷。盡管如此，金屬有機(jī)框架作為模擬酶的應(yīng)用和發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)：a.金屬有機(jī)框架作為模擬酶的種類(lèi)需要增加。目前，金屬有機(jī)框架大多作為過(guò)氧化物模擬酶和氧化模擬酶在生化分析中進(jìn)行應(yīng)用，而有些納米酶已被研究出可作為超氧化物歧化模擬酶或過(guò)氧化氫模擬酶進(jìn)行應(yīng)用，因此，金屬有機(jī)框架可進(jìn)一步被研究出具有其他模擬酶活性。b.在生化分析中，金屬有機(jī)框架模擬酶的應(yīng)用具有局限性，需擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。例如，在糖類(lèi)的檢測(cè)中，金屬有機(jī)框架大多作為過(guò)氧化物模擬酶對(duì)葡萄糖進(jìn)行檢測(cè)，很少檢測(cè)其他糖類(lèi)。