具有双重发光特性的混合配体Zr-MOF材料,可实现高度选择性的3-硝基酪氨酸定量检测

《Microchemical Journal》:Mixed-ligand Zr-MOF with dual-emissions for highly selective ratiometric detection of 3-nitrotyrosine

【字体: 时间:2026年05月04日 来源:Microchemical Journal 5.1

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  穆罕默德·阿布扎尔·塔里克(Muhammad Abuzar Tariq)| 越成(Yue Cheng)| 梅哈克·法蒂玛(Mehak Fatima)| 王风超(Fengchao Wang)| 哈菲兹·穆罕默德·艾哈迈德(Hafiz Muhammad Ahmad)| 萨诺贝尔·古尔

  
穆罕默德·阿布扎尔·塔里克(Muhammad Abuzar Tariq)| 越成(Yue Cheng)| 梅哈克·法蒂玛(Mehak Fatima)| 王风超(Fengchao Wang)| 哈菲兹·穆罕默德·艾哈迈德(Hafiz Muhammad Ahmad)| 萨诺贝尔·古尔(Sanober Gul)| 乌什娜(Ushna)| 尹晓(Yin Xiao)
天津大学理学院化学系,中国天津300072

摘要

3-硝基酪氨酸(3-NT)是硝化应激的关键生物标志物,但在结构相似的酪氨酸衍生物中对其进行选择性检测仍然具有挑战性。本文报道了一种混合配体锆基金属有机框架(Zr-MOFmix),用作双发射比率荧光探针,用于3-NT的选择性识别和定量。将红色发射的四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)引入蓝色发射的UiO-66-NH2支架中,生成了在单次激发下在469 nm和670 nm处具有两个清晰发射峰的UiO-66-NH2/TCPP。暴露于3-NT会诱导选择性的光诱导电子转移(PET)过程,该过程会淬灭TCPP产生的红色发射,同时保持相对稳定的蓝色发射,从而实现内在的自校准比率响应。该探针对3-NT表现出线性比率响应,检测限为3.5 μM,并且几乎不受酪氨酸类似物的干扰。在紫外光下可见的发射颜色变化进一步便于肉眼进行定性识别。通过准确测定人尿液和血清样本中的3-NT,验证了UiO-66-NH2/TCPP的实际应用价值。这项研究突显了混合配体设计在调整MOF光物理性质和提升比率荧光传感平台性能方面的作用。

引言

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

部分摘录

试剂和化学物质

2-氨基对苯二甲酸(BDC-NH2)、四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)、苯甲酸、三(羟甲基)氨基甲烷、(4-(2-羟乙基)-1哌嗪乙磺酸)(HEPES)、L-酪氨酸(Tyr)、尿酸(UA)、甘氨酸(Gly)、半胱氨酸(Cys)、L-蛋氨酸(L-Met)、NaCl、CaCl2和MgCl2由中国天津皓源生化技术有限公司购买。四氯化锆(ZrCl4来自中国Meryer新材料技术有限公司。O-对-酪氨酸(p-Tyr)

UiO-66-NH2/TCPP的设计、制备和表征

已知氨基在通过氢键和供体-受体相互作用识别电子缺乏的硝基芳烃化合物中起着关键作用[32]。因此,选择BDC-NH2作为主要配体,因其蓝色发射和氨基功能,能够与硝基芳烃分析物发生特定相互作用。为了实现双发射并扩展框架的功能,引入了TCPP作为第二种配体。卟啉部分提供红色发射

结论

总之,开发了一种具有双发射的混合配体UiO-66-NH2/TCPP MOF,用于选择性且比率地检测结构相似的酪氨酸衍生物中的3-NT。来自BDC-NH2和TCPP的两个清晰发射峰分别位于469 nm和670 nm,建立了一个内在的内部参考,其中BDC-NH2的发射保持不变,而TCPP的发射被3-NT选择性地淬灭。这种比率响应确保了高分析灵敏度

CRediT作者贡献声明

穆罕默德·阿布扎尔·塔里克(Muhammad Abuzar Tariq):撰写——原始稿件、可视化、方法学、研究、数据分析、数据管理。越成(Yue Cheng):撰写——审阅与编辑、可视化、方法学、资金获取、概念构思。梅哈克·法蒂玛(Mehak Fatima):撰写——审阅与编辑、撰写——原始稿件。王风超(Fengchao Wang):验证、资源获取、资金获取。哈菲兹·穆罕默德·艾哈迈德(Hafiz Muhammad Ahmad):方法学、研究。萨诺贝尔·古尔(Sanober Gul):方法学、研究。乌什娜(Ushna):软件、研究。尹晓(Yin Xiao):撰写

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金(编号:22404122、22274109、22476148)和天津市自然科学基金(编号:25JCQNJC00030)的财政支持。
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