活性氧物种(ROS)和活性氮物种(RNS)在细胞代谢和炎症反应过程中不断产生。在病理条件下,它们的过量积累会导致生物分子的广泛氧化和硝化修饰。其中,通过酪氨酸硝化生成3-硝基酪氨酸(3-NT)是RNS介导的蛋白质氧化最典型和最成熟的指标之一[1], [2], [3], [4]。在多种与氧化应激相关的病理状态下观察到3-NT水平升高,这表明其与疾病进展密切相关[3], [5], [6], [7], [8], [9]。由于其化学稳定性和对NO依赖性硝化应激的高选择性,3-NT成为蛋白质硝化和氧化损伤的可靠生物标志物,并已在各种生物基质中被检测到[3]。因此,对3-NT的敏感和选择性检测对于阐明氧化应激机制和促进疾病早期诊断至关重要。
已有多种分析技术用于3-NT的定量,包括电化学发光(ECL)、高效液相色谱(HPLC)、质谱(MS)和酶联免疫吸附测定(ELISA)[7], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]。尽管这些方法被证明具有分析可靠性,但它们通常存在一些局限性,如样品制备耗时、仪器成本较高、分析时间长以及易受信号波动的影响[17], [18], [19], [20]。基于荧光的传感方法由于操作简单、响应迅速、成本较低且适合视觉读取而成为有吸引力的替代方案[21]。比率荧光传感利用两个发射带的强度比,具有自校准能力,可以有效补偿环境干扰、仪器漂移和探针浓度变化[22], [23], [24]。与单发射荧光传感相比,比率系统提供更可靠的读数、直观的视觉信号变化、更好的抗干扰能力和更高的分析准确性[22], [25], [26], [27]。
基金属有机框架(MOFs)由于其多孔结构、较大的表面积和可调的化学环境,成为荧光传感的多功能平台,能够与目标分子发生选择性相互作用并实现高效信号传递[4], [22], [23], [24], [25]。含硝基的分析物可以有效地淬灭富含电子的配体或金属簇的荧光,这使得MOFs特别适合用于其检测[2]。采用双配体策略,其中一个配体提供稳定的发射作为内部参考,而另一个配体选择性地响应目标分子,从而通过比率荧光检测实现自校准、高灵敏度和可见的颜色变化,进一步增强了传感性能。这种结构稳健性和功能多样性的结合为3-NT的选择性和可靠检测提供了有效平台[26]。虽然包括碳点和某些MOFs在内的单发射探针已被用于3-NT检测,但它们的灵敏度有限或检测限较高[5], [6], [28]。在单个MOF中实现双发射的双配体方法在3-NT检测方面仍大多未被探索,这突显了其作为选择性、灵敏且稳健的生物传感平台的潜力。
在此,我们开发了一种敏感且选择性的混合配体MOF(Zr-MOFmix),用作3-NT检测的比率荧光探针。Zr-MOFmix由Zr4+离子与两种配体2-氨基对苯二甲酸(BDC-NH2)和四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)配位而成,从而结合了结构稳定性和功能多样性(图1A)。将红色发射的TCPP引入蓝色发射的UiO-66-NH2矩阵中,在单次390 nm激发下产生了469 nm和670 nm的双重发射。暴露于3-NT时,电子缺乏的硝基通过光诱导电子转移(PET)过程选择性地淬灭了TCPP在670 nm处的发射,而BDC-NH2在469 nm处的发射基本保持稳定,作为比率读数的内置参考(图1B)[27], [29]。这种选择性的动态淬灭在365 nm紫外光下也产生了可见的颜色变化。混合配体比率MOF最小化了外部干扰,并实现了3.5 μM的低检测限,优于先前报道的基于荧光的3-NT传感器。通过分析人尿液和血清样本进一步验证了Zr-MOFmix