核能是一种有前景的化石燃料替代品,因为它清洁、能量密度高、环境友好且成本效益好[[1], [2], [3]]。然而,其发展也引发了一些担忧,包括放射性核素的排放,这些核素可能危及生态系统和人类健康。在235U再处理过程中产生的裂变产物129I,由于其极长的半衰期(1570万年)、放射毒性和高环境迁移性,在用过的核燃料中引起了严重的环境问题。放射性碘主要以碘离子(I?的形式存在,这种离子在水中具有很高的迁移性和溶解性[4,5]。同时,I?广泛用于制药配方中,特别是作为防腐剂,并且常见于食品、水、环境和临床样本中[[6], [7], [8], [9]]。因此,准确测定I?在许多领域都非常重要,包括临床诊断、营养监测、药品质量控制和环境监测[10]。
目前,已经开发了多种I?检测方法。传统技术包括拉曼散射[11]、离子色谱[12]、色谱-光谱[13]、光致发光光谱[14]、毛细管电泳[15,16]、荧光[17]和电化学发光[18,19],这些方法需要大型设备并且涉及漫长且昂贵的程序。相比之下,比色法因其制备简单、检测快速、不依赖复杂设备以及无需专业工具即可直接观察而受到欢迎[10,20,21]。因此,开发快速、易于使用的I?比色分析材料至关重要。
基于纳米酶的比色传感器由于其经济性、操作简便性和与即时检测的兼容性而引起了广泛的研究兴趣[[22], [23], [24]]。与传统纳米酶相比,由金属有机框架(MOFs)构建的纳米酶表现出更优异的催化效率,这得益于活性金属中心在多孔结构中的均匀分布。基于MOF的纳米酶能够模拟天然酶(如过氧化物酶、氧化酶和过氧化氢酶),从而促进各种氧化还原反应——特别是3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)、2,2′-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)和O-苯二胺(OPD)等显色底物的氧化[[25], [26], [27]]。为了进一步增强纳米酶的过氧化物酶样活性,已经探索了几种改性策略,其中金属离子掺杂是最直接和有效的方法之一[28]。引入外来金属离子可以调节纳米酶的电子结构和晶格配置,从而提高催化性能[[29], [30], [31]]。锰(Mn)是一种无毒的多价过渡金属,因其能够赋予纳米材料独特的光学、电子和磁性特性而受到广泛研究,这主要归因于其部分填充的d轨道的电子构型[[32], [33], [34]]。此外,Mn是许多天然金属酶(如锰超氧化物歧化酶、谷氨酰胺合成酶和精氨酸酶)中的必需辅因子。因此,近年来以Mn为中心的纳米催化剂受到了越来越多的关注[35]。例如,Wang等人合成了Mn改性的ZIF-90(Mn/ZIF-90),它表现出优异的氧化酶样活性,可用于葡萄糖和胆碱的比色检测。ZIF-90中的Zn–N配位结构改变了自由–CHO中的氧原子的电子排列,使Mn能够与氧原子配位。制备的Mn/ZIF-90表现出优异的氧化酶样活性和卓越的稳定性,从而开发出基于酶级联的多功能比色检测方法[36]。因此,通过合理掺杂Mn来增强纳米材料的催化活性是合理的。
本文首次报道了一种简单快速的在水相中制备Mn/MOF-808的后合成策略,建立了一种用于I?检测的比色方法(图1)。与传统I?检测技术(如电化学和荧光方法)相比,我们的平台具有显著的实际优势。电化学传感器容易受到电极污染和背景干扰的影响,而荧光方法通常需要昂贵的设备和复杂的标记程序。相比之下,基于Mn/MOF-808的比色检测方法表现出强大的抗干扰能力,且无需仪器即可操作。在I?存在的情况下,Mn/MOF-808表现出比相应的单金属MOF更优异的模拟过氧化物酶(POD)活性。同时,它在不同的显色底物和不同的反应条件(酸性和中性pH)下也表现出出色的过氧化物酶活性。这种增强的POD样活性主要归因于Mn的引入,它提高了Mn/MOF-808的导电性和电子转移能力,从而增强了其POD样活性,实现了高灵敏度的I?检测。基于这些研究结果,开发了一种便携式检测试剂盒,利用智能手机小程序实现I?的现场检测,成本极低(每次检测约0.104美元)。这一创新平台克服了三大挑战:操作简便性、快速响应和视觉解释能力。它为I?的现场监测提供了实用的解决方案。