《Sensors and Actuators B: Chemical》：Sensitive detection of CA125 based on TPE-ZIF-8/GO electrochemiluminescent material and catalytic hairpin signal amplification strategy
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一种基于TPE-ZIF-8/GO复合材料的电化学发光生物传感器被开发，用于高灵敏度检测卵巢癌标志物CA125，检测限达0.0076 U/mL。通过双配体策略（TPE-COOH和2-甲基咪唑）构建ECL活性MOF，石墨烯氧化物（GO）的引入增强了电导率和稳定性。结合催化发夹组装信号放大策略与生物素-链霉亲和素系统，实现了优异的选择性和稳定性。
许新波|王玲|魏玉萍|刘星培|陈静帅|朱慧|毛长杰|金宝康
混合材料结构与功能调控重点实验室（教育部），安徽省无机/有机杂化材料及功能化材料化学重点实验室，安徽大学化学与化学工程学院，中国合肥230601
摘要
电化学发光（ECL）功能化的金属有机框架（MOF）材料在生物标志物检测领域引起了广泛的研究兴趣。在本研究中，合成了一种具有优异发光特性的复合MOF材料（TPE-ZIF-8/GO），作为ECL发射体用于生物传感应用。我们提出了一种双配体策略，结合了发光配体1-(4-羧基苯基)-1,2,2-三苯乙烯（TPE-COOH）和常规配体2-甲基咪唑，利用ZIF-8的有序组装产生了具有ECL活性的TPE-ZIF-8。这种方法显著提高了TPE-COOH的发光效率。此外，氧化石墨烯（GO）的加入改善了复合材料的导电性，并稳定了其ECL性能，使ECL强度比TPE-COOH提高了6.9倍。利用TPE-ZIF-8/GO作为ECL发射体，构建了一种高灵敏度的癌症抗原125检测生物传感器。通过将催化发夹组装信号放大策略与生物素-链霉亲和素系统相结合，该生物传感器的检测限达到了0.0076 U/mL（信噪比=3）。这种传感策略不仅为快速、超灵敏地检测疾病相关生物标志物提供了一个强大的平台，也为早期癌症监测和诊断开辟了新的途径。
引言
卵巢癌是女性生殖系统中常见且致命的恶性肿瘤，也是女性癌症死亡的主要原因。由于该疾病在早期阶段通常没有明显症状，超过80%的卵巢癌病例在晚期才被诊断出来[1]、[2]、[3]。碳水化合物抗原125（CA125）是早期临床检测卵巢癌、监测肿瘤进展和评估治疗效果的主要生物标志物[4]、[5]、[6]、[7]。然而，人体液体中的CA125浓度非常低，使其检测具有挑战性。因此，需要开发一种高特异性和灵敏度的CA125检测技术。电化学发光（ECL）由于其超灵敏度、快速响应和宽线性范围，在生物传感分析领域受到了广泛关注[8]、[9]、[10]。作为一种新兴的有机材料，聚集诱导发光（AIE）分子因其简单的合成方法、良好的生物相容性和无毒性而引起了研究人员的极大兴趣[11]。然而，它们倾向于聚集且水溶性较差，限制了AIE分子在ECL生物传感器中的应用。因此，改进和放大AIE分子的信号是基于AIE分子构建ECL生物传感器的关键挑战。
选择合适的载体来承载多个发光基团是提高发光材料发光性能的最有效策略之一。具有高度有序拓扑结构的金属有机框架（MOFs）被认为是最有前景的候选材料之一[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]。利用其规则且密集排列的结构特征，MOFs为AIE分子提供了高度可调的组装路径，使其发光特性得以充分展现。将AIE活性基团嵌入MOF框架是构建AIE功能化MOFs的最直接方法。2020年，唐本忠及其同事首次报道了一种新型AIE-MOF材料，能够实现光物理性质和化学传感功能的精确线性调节。研究表明，AIE修饰的小分子配体的大小、配位基团的结构特征以及引入混合配体的方法都会引起MOF内分子运动的多样化变化，并深刻影响其拓扑结构[18]。这些复杂的相互作用显著调节了MOF的发光性能。虽然这种策略实现了有效的荧光发射，但也存在合成过程复杂、反应条件苛刻和产率相对较低等缺点。熊研究小组报道了将四苯乙烯（TPE）掺入UiO-66中，得到了一种具有强聚集诱导电化学发光（AIECL）的新功能MOF材料[19]。虽然ECL强度得到了增强，但封装过程可能导致发光分子的泄漏。因此，需要探索一种新型的AIE功能化MOF，以实现易于合成并防止发光分子泄漏。
将AIE发光体作为次级配体组装到MOFs中是一种有效的策略。沸石咪唑框架-8（ZIF-8）是一种由Zn2?与2-甲基咪唑配体配位形成的经典多孔材料[20]、[21]、[22]。ZIF-8具有合成简单和稳定性高的优点，使其成为发光分子的理想载体。ZIF-8与ECL发光体的共组装可以显著提高发光体的ECL效率和稳定性[23]、[24]、[25]。1-(4-羧基苯基)-1,2,2-三苯乙烯（TPE-COOH）是TPE的衍生物，具有AIE效应。与TPE相比，羧基化的TPE（TPE-COOH）可以通过与金属离子的配位固定在MOFs内，限制分子运动并抑制非辐射衰减途径，从而表现出聚集诱导的增强效应。因此，使用发光配体（TPE-COOH）和常规配体（2-甲基咪唑）作为双配体，合成了具有ECL活性的TPE-ZIF-8复合材料。这不仅提高了TPE-COOH分子的溶解度，还增强了它们的ECL发射。然而，合成的TPE-ZIF-8材料在发光性能上表现出较差的可重复性，即在不同电极上的稳定性较差。为了解决这个问题，我们尝试将氧化石墨烯（GO）引入TPE-ZIF-8中。作为单原子厚度的纳米材料，GO因其极高的导电性和出色的热稳定性而被广泛用于制造各种ECL材料[26]、[27]。GO的加入不仅提高了TPE-ZIF-8的导电性，还稳定了ECL发射。例如，我们的研究团队报道了基于Zn-MOF/GO复合材料构建的超灵敏ECL生物传感器，用于检测p53抗体[28]。因此，本研究选择将GO与TPE-ZIF-8复合以提高稳定性。
为了实现目标的微量检测，研究人员开发了多种信号放大策略，包括滚环扩增（RCA）、链置换扩增（SDA）、3D DNA纳米机器和催化发夹组装（CHA）[29]、[30]、[31]。其中，CHA作为一种简单、高效且无需酶的等温放大方法，已被证明是灵敏生物标志物检测的非常有效的工具。链霉亲和素的分子量相对较大，可以有效淬灭ECL信号。链霉亲和素与生物素之间的高结合亲和力确保了在复杂检测环境中结合复合物的稳定性，显著提高了生物传感器的可重复性和可靠性[32]、[33]。通过将CHA与生物素-链霉亲和素系统相结合，可以在不需要额外信号淬灭分子的情况下实现稳定且高灵敏度的目标检测。
在这项工作中，成功制备了一种具有优异发光特性的TPE-ZIF-8/GO复合材料，并将其用作生物传感应用的ECL发射体。与TPE-COOH相比，TPE-ZIF-8/GO复合材料的ECL强度显著增强，因为TPE-COOH在与ZIF-8中的金属离子配位后其分子运动得到了有效限制。TPE-ZIF-8/GO复合材料被用作生成ECL信号的基底材料。通过使用催化发夹组装（CHA）作为信号放大策略，并结合经典的生物素-链霉亲和素系统，构建了一种“开关型”ECL生物传感器，用于检测CA125，检测限达到了0.0076 U/mL（信噪比=3）。实验结果证实，该生物传感器对目标具有良好的选择性、优异的稳定性和可靠的定量检测能力。总之，这些发现不仅为合成高发光效率的ECL材料开辟了新的途径，还为构建超灵敏的CA125检测平台提供了新的方法。
实验部分
TPE-ZIF-8和TPE-ZIF-8/GO的表征
通过透射电子显微镜（TEM）研究了ZIF-8、TPE-ZIF-8和TPE-ZIF-8/GO的微观结构特征，相应的图像分别显示在图1A、1B和1C中。ZIF-8样品呈现典型的十字形花状结构。然而，在引入TPE-COOH后，TPE-ZIF-8的形态从十字形花状结构显著转变为不规则的花状结构[34]。当加入GO时，
结论
在这项工作中，成功制备了一种新型金属有机框架复合材料（TPE-ZIF-8/GO），并将其用作高效的ECL发射体。在合成这种复合材料的过程中，使用了具有AIE特性的发光配体（TPE-COOH）和常规配体（2-甲基咪唑）作为双配体来构建具有ECL活性的TPE-ZIF-8材料。然而，TPE-ZIF-8材料的ECL稳定性较差，无法直接用于ECL生物传感器。通过复合
CRediT作者贡献声明
陈静帅：验证、方法学。
刘星培：监督、研究。
毛长杰：撰写 – 审稿与编辑、监督。
朱慧：验证、研究。
许新波：撰写 – 初稿、概念化。
魏玉萍：验证、研究。
王玲：撰写 – 初稿、研究。
金宝康：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到了安徽省自然科学研究项目（2022AH050092）和合肥市科技重点项目（2025SKJGGHLG008）的支持。
毛长杰在河南工业大学学习精细化学，2001年获得学士学位，2004年获得硕士学位，2008年在南京大学完成分析化学博士学位。2007年至2008年，他在凯斯西储大学化学系从事联合培养博士项目。他的研究兴趣包括纳米材料的合成和分析应用。他已经发表和合著了50多篇经过同行评审的期刊文章。
