Research progress on the applications of gold nanoparticles@metal-organic framework composite nanozymes in biosensing and antitumor
-
摘要:
基于金属有机框架(MOFs)材料的纳米酶是一种非天然酶，具有可调的孔隙率、极高的比表面积、易修饰的表面及模拟酶的催化性能等特点。而金纳米颗粒(AuNPs)修饰的MOFs(AuNPs@MOFs)复合物亦是MOFs基质纳米酶的重要种类之一，且AuNPs具有局部表面等离子体共振效应，可扩展AuNPs@MOFs复合物纳米酶的表面增强拉曼散射(SERS)特性并提升SERS信号强度，因此，AuNPs@MOFs复合物纳米酶近年来引起了研究者的重点关注。本综述主要概述了AuNPs@MOFs复合物纳米酶的合成制备方法，探讨了它们的三种类酶(类过氧化物酶、类氧化酶和类过氧化氢酶)的催化活性机制，介绍了目前这种复合物纳米酶在生物传感和抗肿瘤应用领域的研究进展，还进一步展望了AuNPs@MOFs复合物纳米酶的未来发展趋势。
-
关键词:
- AuNPs@MOFs复合物 /
- 纳米酶 /
- 类酶活性 /
- 生物传感 /
- 抗肿瘤
Abstract:Nanozymes derived from metal-organic frameworks (MOFs) are synthetic enzymes with adjustable porosity, high specific surface area, modifiable surfaces, and catalytic properties that emulate natural enzymes. Gold nanoparticle (AuNPs) modified MOFs (AuNPs@MOFs composites) form a significant category of MOF-based nanozymes. Importantly, the localized surface plasmon resonance effects of AuNPs enhance the nanozymes properties of AuNPs@MOFs composites and expand their application potential, which have garnered substantial research attention in recent years. This review focuses on the summarizing of the synthetic protocols of AuNPs@MOFs composites, their enzyme-like activities (such as peroxidase-like, oxidase-like and catalase-like), their advancements in bio-sensing and anticancer, and discussing their future prospects.
-
Keywords:
- AuNPs@MOFs composites /
- Nanozymes /
- Enzyme-like activity /
- Biosensing /
- Anti-tumor
-
天然酶是指由生物体(如动物、植物、微生物等)通过基因表达和生物合成自然产生的、具有高度专一性和高催化效率的蛋白质，其通过降低化学反应的活化能，可在温和的生理条件下(如中性pH、常温常压)催化特定的化学反应，从而调节生物体内的各种生理和代谢过程。天然酶具有催化效率高、催化条件温和、催化选择性高等优点，但其稳定性较差、成本较高且不易长途运输。因此，近年的研究重点就集中于探寻适宜的天然酶替代物-模拟酶(类酶)-来保持其高催化活性并有效改善其稳定性。
前期研究发现：物质在纳米尺度下会表现出一些特殊的性质和效应，而一些材料在纳米尺度下具有了类酶催化活性，被称之为纳米酶。例如：阎锡蕴团队首次发现Fe3O4纳米颗粒具有类辣根过氧化物酶的催化活性[1]。纳米酶是一种新型的模拟酶，其活性中心的结构与天然酶的催化活性中心的结构很相似，对于底物的催化机制也与天然酶类似，即催化的是天然酶的底物，又由于纳米酶具有稳定性高、温度酸碱耐受性高、活性可调、功能多样、成本低、可规模化生产等优点，因此，纳米酶可作为天然酶的替代品。虽然目前纳米酶的研究主要集中在模拟过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、氧化酶(OXD)、超氧化物歧化酶(SOD)和水解酶，但纳米酶能延续纳米材料的光、电、磁等特性，而这些特性是天然酶所不具备的，可以利用这些特性对纳米酶进行催化活性调控。
通过配位组装方式将金属离子或金属簇与多组有机配体连接起来构建形成网状晶形结构的金属-有机框架(Metal Organic Frameworks, MOFs)材料是近30年新材料的研究热点之一[2]。由于MOFs是由配位组装方式构建起来的，理论上MOFs有无限多种组合方式，因此， MOFs种类数量巨大，且某些金属离子和有机配体的性质和结构是可预测的，基此，MOFs的设计和创造在一定程度上是具有目的性的，其研发效率较高，应用范围较广。目前，MOFs在催化、气体存储、药物传递、化学分离、生物医药等多个领域都有潜在的应用。此外，由于MOFs的周期性网络结构高度有序，导致了它对外部环境条件的细微改变都能产生很明显的反馈，基此，MOFs亦很适用于高灵敏传感研究领域。
MOFs的合成方式多样，其中，常用的合成方式包括：水热/溶剂热合成法[3]、超声法[4]、微波加热法[5]、电化学法[6]及机械化学合成法[7]等。MOFs结构完整且易于表面修饰，也具有较大的网络空腔结构、较高比表面积和可调控的纳米孔结构、孔道形状、孔隙率、活性位点均匀分散等特点[8]，利于其它物质的顺利进入、充分接触和扩散，易于与其它功能性纳米材料进行复合，进而发挥协同效应，得到具有更高模拟酶活性的纳米酶。基于MOFs纳米材料的结构特点，MOFs基纳米酶可分为四种：原始MOFs纳米酶、MOFs复合物纳米酶、天然酶@MOFs复合材料纳米酶以及MOFs衍生材料纳米酶。金纳米颗粒(AuNPs)具有高自由电子密度、独特的光学化学特性和尺寸形状可调性，且具有其它无机纳米颗粒较少或不具有的局部表面等离子体共振 (LSPR)效应[9]。基此，设计构建AuNPs@MOFs复合物纳米酶，探索其模拟酶活性和在传感及生物医学等领域的应用潜力就成为目前纳米酶的研究热点，此项研究亦具有极其重要的意义和实用价值。
本文主要阐述了AuNPs@MOFs复合物纳米酶常见的三种合成方法(原位生长法、包埋法及表面修饰法)，探讨了它们的OXD、CAT和POD类酶催化活性机制，介绍了近年AuNPs@MOFs复合物纳米酶在生物传感和纳米医学领域应用的研究进展，还进一步展望了其未来发展趋势(图1)。
![]()
图 1 AuNPs@MOFs复合物纳米酶的分类、合成策略和生物应用示意图Figure 1. Schematic illustration of the classification, synthesis strategies, and biological applications of AuNPs@MOFs composites nanoenzymes.1. 合成策略
在原始MOFs上经化学或物理方法引入并与AuNPs进行复合修饰，以赋予其新的功能、增强其性能或适应特定的应用需求并合成AuNPs@MOFs复合物纳米酶的常用方式有原位还原法、包埋法、表面修饰法。不同于表面修饰法或包埋法，原位生长法通过一步合成实现了AuNPs的直接生成和负载，避免了后期修饰可能带来的AuNPs聚集或分布不均等局限和瑕疵。
1.1 原位生长法
原位生长法反应条件温和，适合AuNPs的合成，生成的AuNPs均匀分布在MOF表面或孔道中，有利于提高催化活性，操作简便，易于控制；但需要严格控制反应条件以避免AuNPs的团聚，对Au前驱体的选择性较低[10]。
Hu等人[11]在2017年使用原位生长法在MIL-101孔道内制备了AuNPs。通过溶液浸渍策略将MIL-101与HAuCl4溶液充分混合，使Au3+均匀分布在MIL-101的孔道中；再加入还原剂，在室温下搅拌2小时将Au3+还原为AuNPs。得益于MIL-101的高孔隙率和热稳定性，AuNPs在MIL-101的孔道内均匀分布且避免了聚集，这一设计在保持AuNPs的催化活性和表面增强拉曼散射(SERS)性能的同时显著提升了其稳定性。TEM和XRD等表征结果证实了AuNPs成功嵌入MIL-101框架内腔的高效性和精确性。
Li等人[12]将HAuCl4引入UiO-66-NH2(UiO-66)的前驱溶液中，通过水热反应，在UiO-66的孔道内和表面上同时生成了分布均匀的AuNPs。凭借其高比表面积、规则的孔道结构及表面胺基的配位作用，UiO-66为AuNPs的生长提供了模板支持，还显著提升了AuNPs@UiO-66复合物的稳定性和功能性(图2)。
![]()
图 2 原位生长法构建AuNPs@UiO-66-NH2复合物Figure 2. Construction of AuNPs@UiO-66-NH2 composites by in situ growth methodYuan等人[13]在2020年制备了AuNPs@MOFs复合物。首先，通过溶剂热法合成了具有梭状形貌和高孔隙率Zr基MOF，再将MOF分散于水溶液中，并加入氯金酸(HAuCl4)作为Au源。在温和搅拌条件下，以NaBH4作为还原剂，使Au3+在MOF的表面和孔道内原位还原生成AuNPs。通过表征，确认AuNPs均匀分布于MOF的表面及部分内部孔道中，且材料的结构和形貌保持完整。
Ding[14]等人在2020年首先通过溶剂热法，使用铁(III)卟啉氯化物 (TCPP(Fe)) 和锆簇作为构建块，制备了 MOF(Fe) 。随后，以MOF(Fe) 为平台，通过原位还原法在水溶液中直接还原 HAuCl4，并以 NaBH4 作为还原剂，生成粒径约为5 nm的AuNPs并制备了 AuNPs@MOF(Fe) 纳米复合物(图3)。
![]()
图 3 AuNPs@MOF(Fe)复合物的合成制备示意图Figure 3. Schematic of the synthesis of AuNPs@MOF(Fe) compositesJiang等人[15]通过原位生长法制备了AuNPs@MIL-101(Fe)复合物。通过溶剂热法合成MIL-101(Fe)，再将其与HAuCl4混合，通过溶液浸渍法使Au3+均匀分布在MIL-101(Fe)孔道内和表面，并在沸腾条件下加入柠檬酸钠作为还原剂进行还原反应，生成AuNPs。表征结果表明：AuNPs成功嵌入和分布于MIL-101(Fe)的孔道和表面。
Yang等人[16]在2022年采用了原位生长法制备了超小AuNPs@MOF复合物。采用溶剂热法，以Cu(NO3)2·3H2O和四对羧基苯基卟啉铁(TCPP(Fe))为原料，引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为形貌调控剂，形成厚度约为3 nm的2D MOF，再将其分散于HAuCl4溶液中，通过NaBH4溶液的化学还原作用，在MOF表面原位生成粒径为4-7 nm的超小AuNPs，构建了AuNPs@MOF复合物(图4)。
![]()
图 4 超小AuNPs@TCPP(Fe)复合物合成示意图Figure 4. Construction of ultra-small AuNPs@TCPP(Fe) composites by in situ growth methodTong等人[17]在2023年以Fe(II)-基卟啉(TCPP-Fe)为有机配体，与Zr6簇构建出PCN-224(Fe) MOF，利用MOF的内腔结构和配位环境，将Au前驱体HAuCl4通过受控还原反应在MOF孔道内原位生成AuNPs。这一过程利用了MOF孔的限域效应，使AuNPs的平均粒径维持在约1.5 nm，并实现了其在孔道内的均匀分布，同时避免了AuNPs在MOF外部的无序生长。此外，PCN-224(Fe)的晶体结构在AuNPs生成过程中保持稳定，表明原位生长法能够在保持MOF固有结构完整性的前提下，实现AuNPs的高效嵌入。该策略不仅优化了AuNPs与MOF骨架的空间分布，还通过增强两者之间的相互作用提高了AuNPs@PCN-224(Fe)复合物的催化性能。
1.2 包埋法
包埋法能有效保护AuNPs，防止其在反应过程中团聚，提高AuNPs的稳定性和重复使用性，也可实现多种功能材料的复合，增强其催化活性；但制备过程较复杂，封装AuNPs过程是在MOF的腔内进行的，可能会导致协同效果不明确，且其可能会影响AuNPs@MOF纳米复合物的类酶催化活性[18]。
Saad A. Alkahtani等人[19]在2022年使用包埋法制备了AuNPs@Cu-MOF复合物。混合HAuCl4和NaBH4溶液制备AuNPs，再将AuNPs分散在包含1,4-苯二甲酸(BDC)和CuCl2·2 H2O等配体和金属盐的溶液中。在合适的搅拌和反应条件下，AuNPs被包嵌在Cu-MOF的框架中，形成AuNPs@MOF复合物。
Phuc Khanh Lam等人[20]在2023年使用包埋法制备了AuNPs@UiO-66核壳复合物。以ZrOCl2·8H2O为锆源，在弱酸性条件下通过溶剂热法合成UiO-66金属有机框架(MOF)。再将预先合成的AuNPs分散在UiO-66的前驱体溶液中，并在优化的低酸性和适当的反应温度条件下，实现AuNPs在UiO-66晶体中的完全封装。透射电子显微镜(TEM)和粉末X射线衍射(PXRD)表征表明，AuNPs被成功包埋在UiO-66中，且UiO-66壳层的厚度均匀(约75 nm)，未损坏AuNPs的结构或分布。AuNPs@UiO-66复合物在热稳定性上显著提升，可在高达550°C的条件下保持结构完整。此外，由于UiO-66壳层提供的保护作用和良好的气体渗透性，该复合物在检测中表现出优异的表面增强拉曼散射(SERS)灵敏度。
Antra Ganguly等人[21]在2023年通过包埋法制备了Apta-AuNPs@ZIF-8复合物。将适配体(aptamer)加入锌硝酸盐(Zinc Nitrate)甲醇溶液中，再将经过超声处理的AuNPs加入2-甲基咪唑(2-Methylimidazole)甲醇溶液中。之后将两种溶液混合，在室温下高速搅拌10小时，形成原位封装的Apta-AuNPs@ZIF-8复合物。通过调控ZIF-8的框架形成条件，使AuNPs和适配体同时被稳定包裹在ZIF-8的孔道中。
1.3 表面修饰法
表面修饰法可通过化学修饰引入多种功能基团，提高材料的催化性能且实现多种催化功能，修饰过程相对简单且反应条件相对温和，易于实现，可改善AuNPs与MOF之间的相互作用，提高稳定性；但修饰剂的选择和用量需要精确控制，以避免对MOF结构的破坏，且某些修饰剂可能会降低AuNPs@MOFs复合物的催化活性[22]。
Sun等人[23]在2024年采用了表面修饰法制备Zn-MOF@Au复合物。利用HAuCl4在柠檬酸钠的介导下，通过化学还原法生成平均粒径为15 nm的AuNPs。再通过Zn-MOF表面的游离氨基，将AuNPs均匀组装到Zn-MOF表面；AuNPs在MOF表面分布均匀，未嵌入MOF孔道内部。这种表面修饰法不仅成功实现了AuNPs的高效负载，还保持了MOF本身的高孔隙率和结构稳定性，同时增强了AuNPs@Zn-MOF复合物的类酶活性。
Liu等人[24]在2024年成功使用了表面修饰法中的物理吸附和化学键合两种方式将AuNPs与UiO-66-NH2(U)整合在一起，并比较了两种方式制备的AuNPs@U复合物纳米酶的类POD活性。选择聚(N-2-羟丙基甲基丙烯酰胺)(PH)为封端剂和还原剂并以2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮(VD)作为连接将PH与U相连，再使用原位合成法将AuNPs集成为AuNPs@PH-UVD。在物理吸附法中，先使用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应合成PH，以三硫代碳酸酯(DDAT)为链转移剂 ，同样以PH作为还原剂和封端剂原位还原法制备了AuNPs@PH，将其物理吸附在U表面，合成了AuNPs-on-U@PH。
2. 类酶活性
2.1 类POD活性
POD是一类广泛存在于动物、植物中的氧化还原酶，通常以过氧化氢或烷基过氧化物作为受体，能催化H2O2分解为羟基自由基(·OH)和H2O。POD的辅基通常是铁原卟啉IX，且催化过程基本为单电子氧化[25]，催化机制遵循芬顿反应。以AuNPs@MOFs为基质的纳米复合物包含Au离子和有机配体，可制备成具有POD活性的纳米酶；通过精确的结构设计和表面功能化，可提升其催化活性、稳定性和特异性，亦可基此进一步提升AuNPs@MOFs纳米复合物在生物体内的生物传感性能及检测灵敏度。
Yang等人[16]在2022年通过在金属卟啉框架上原位生长超小UsAuNPs，构建了UsAuNPs@MOF复合物，其展示了类POD活性。UsAuNPs的超小粒径(4.0-7.0 nm)显著增加了比表面积和暴露的活性位点，同时，MOF结构提供了高效的电子传递通道，进一步增强了其类POD活性。在催化H2O2氧化底物的过程中，与尺寸较大的AuNPs@MOF复合物以及单一MOF相比较，UsAuNPs@MOF表现出更高的·OH生成能力且UsAuNPs粒径的减小能够有效提升复合物纳米酶的催化活性。此外，UsAuNPs@MOF的催化性能在弱酸性条件下(pH 4.0)最为显著，表明了其结构和催化活性的高度协同性。
Wang等人[26]在2023年将AuNPs原位负载在UiO-66表面，所得AuNPs@UiO-66复合物展现出优异的类POD活性。在TMB-H2O2体系中，AuNPs@UiO-66能高效催化底物TMB，将其氧化为蓝色的oxTMB。AuNPs自身的类POD活性较弱，而将其负载在UiO-66基底上不仅有效避免了AuNPs的聚集，还保持了AuNPs的分散性和活性，从而显著提高了AuNPs@UiO-66复合物纳米酶催化氧化底物的能力。
Liu等人[24]在2024年以化学键合和物理吸附方式分别制备了UVD-PH@AuNPs和PH@AuNPs-on-U，并在3,3′5,5′-四甲基联苯胺(TMB)-H2O2体系中比较了两种方式合成的纳米复合物的类POD活性，结果表明：以化学键合的方式构建的AuNPs@UVD-PH的类POD活性更高。其催化机制为单电子氧化途径，AuNPs@UVD-PH纳米酶上的Au0失去电子，被体系中的H2O2捕获后使其O-O键断裂，产生了·OH(图5)，进一步氧化无色的TMB为蓝色的oxTMB(图6)。AuNPs@UVD-PH纳米酶的高催化性能来源于AuNPs与MOF表面胺基和羟基的化学结合，这种结构不仅避免了AuNPs的聚集，还形成了均匀的活性位点分布，从而提高了电子转移效率。
![]()
图 5 AuNPs@MOF类POD-活性的电子传递过程示意图Figure 5. Schematic diagram of the electron transfer process of AuNPs@MOF POD-like activity![]()
图 6 AuNPs@UVD-PH展示出比AuNPs-on-U@PH更高的类POD催化活性示意图Figure 6. Schematic representation of AuNPs@UVD-PH demonstrating higher POD-like catalytic activity than AuNPs-on-U@PH2.2 类OXD活性
类OXD纳米酶是在有氧条件下可直接催化底物氧化，通过氧化不同的底物的同时，将O2还原为H2O2，再产生活性氧自由基(ROS)的方式来模拟OXD的活性。优势是无需H2O2等危险氧化物的参与，反应安全便捷，使其在生物传感领域具有广泛应用。
Ding[14]等人在2020年研发构建了一种纳米复合药物AuNPs@FeMOF-CPT，其展现出优异的类OXD活性，可催化葡萄糖氧化。其机制基于AuNPs在FeMOF表面的原位生长，形成稳定的复合结构。AuNPs可模拟葡萄糖氧化酶，能催化细胞内葡萄糖氧化生成H2O2，为后续的Fenton反应提供化学燃料。其类OXD活性的增强机制主要基于以下因素：AuNPs提供了高密度的催化活性位点，加速了葡萄糖氧化的反应速率并增强了底物分子的吸附能力，进一步提高了复合物纳米酶的催化效率；AuNPs与FeMOF之间的协同作用显著提升了复合物纳米酶的电子转移能力，优化了反应动力学。
Zhang[28]等人在2020年构建了新型AuNPs@MIL-125光响应性OXD模拟酶纳米复合物。在MIL-125表面负载的AuNPs会成肖特基势垒结构，这种界面效应有效促进了光生电子从MIL-125传递到AuNPs，减少了电子与空穴的复合，使更多的光生载流子可参与氧气的活化。光生电子被转移到AuNPs后，能高效地与氧气反应生成超氧阴离子自由基(·O2−)，·O2−浓度的增加直接提高了AuNPs@MIL-125复合物的类OXD活性，亦是催化TMB氧化的主要活性物质(图7)。此光响应性AuNPs@MIL-125复合物模拟OXD酶在动力学分析中显示出比天然辣根过氧化物酶(HRP)更低的Km值和更高的Vmax值，与原始MIL-125相比，其氧化效率提升了3倍。
![]()
图 7 光响应性AuNPs@MIL-125复合物模拟OXD酶机制示意图Figure 7. Schematic diagram of the mechanism of light-responsive AuNPs@MIL-125 composites mimicking OXD enzymesZhang等人[27]在2023年发展了一种基于AuNPs@Cu-MOF的电化学生物传感器，此铜掺杂的新型复合物展现出优异的类OXD活性，其机制得益于AuNPs的引入显著提升了纳米酶的催化性能，以及复合物内部Cu2+与有机配体的协同作用。AuNPs@Cu-MOF 的类OXD酶活性主要体现在对葡萄糖的氧化能力，Cu-MOF在电化学条件下被氧化为Cu3+，随后Cu3+氧化葡萄糖反应生成葡糖酸内酯并还原回Cu2+，从而实现循环催化过程。通过循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)的对比研究发现，AuNPs 的引入显著提升了电流信号和氧化峰强度，证明其有效增强了电子传递和类OXD酶催化能力。
2.3 类CAT活性
CAT作为一种重要的抗氧化酶，广泛存在于生物体内，主要功能是催化H2O2分解为水和氧，从而在细胞内有效减少H2O2积累引发的氧化应激损伤，氧化应激是指体内ROS的产生超过了机体的抗氧化能力，导致细胞内氧化还原状态失衡，进而可能引发细胞损伤等一系列问题，这一过程在维持细胞内的氧化还原平衡、保护细胞免受氧化损伤以及调节生理代谢中起着至关重要的作用，而ROS在癌细胞中的表达量往往会下降，在此情况下，CAT在癌症控制中就显得尤为重要[29]，尤其是在高活性氧和缺氧等复杂微环境下，CAT的高效催化能力对于保障生物功能正常运行和环境调控显得极为关键。但在疾病的发展过程中，天然的CAT通常不足以消除H2O2从而阻止疾病的发展且受到稳定性问题和成本较高等因素的限制，因此，发展可模拟CAT活性的AuNPs@MOFs的纳米复合物对推进肿瘤治疗研究极其重要。
Ma等人[32]在2019年研发了具有类CAT活性的AuNPs@ZIF-8复合物，通过其高效的表面催化位点和电子转移能力，加速了H2O2的分解反应，同时保持了ZIF-8框架的结构完整性。此外，AuNPs在ZIF-8表面的均匀分布避免了AuNPs的团聚，保持了MOF的高孔隙率和结构稳定性，显著提高了纳米酶的催化效率。研究通过氧气生成量的测试进一步验证了AuNPs@ZIF-8复合物在H2O2存在下能显著提升O2的释放效率，从而增强了其在生物医学应用中的潜力。
Yang等人[30]在2023年设计的基于AuNPs@PMOF 发夹纳米系统就是利用了其优异的类CAT活性和O2生成能力。其在弱酸性环境下表现出更高的类CAT活性催化效率来源于多方面的协同机制：AuNPs的纳米尺寸效应显著增加了催化活性位点数量，其高表面能增强了对H2O2的吸附与活化能力；AuNPs与PMOF之间的协同作用对于提升电子传递效率也起到了关键作用，不仅降低了H2O2分解生成O2所需的能垒，而且加速了反应速率。此外，PMOF独特的多孔结构为反应底物提供了大量扩散通道，还有效稳定了AuNPs的分布，避免其团聚，从而保证了纳米酶的长期催化稳定性。
Mo等人[31]在2023年通过单宁酸螯合的AuNPs和DNA酶适配体修饰，构建了一种基于Cu-MOF的AuNPs@Cu-MOF复合物，此纳米酶展现出三重类酶活性，包括类CAT酶、类POD酶和类谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性。由于AuNPs能提供高效的电子转移通道， AuNPs和Cu-MOF之间的协同效应增强了AuNPs@Cu-MOF复合物纳米酶的催化活性和稳定性。
3. 应用
3.1 生物传感
在生物传感领域中，对于天然酶类标志物的检测研究大多通过待测物与纳米酶构建级联反应，即天然酶的催化产物(如H2O2)进一步作为纳米酶的催化底物，从而实现纳米酶催化体系对酶类标志物的检测。
Hu等人[11]在2017年制备了AuNPs@MIL-101纳米复合物，其展示出类POD酶活性。MIL-101框架能有效防止AuNPs在复杂生物环境中的聚集，确保了类酶的稳定性和高效性。AuNPs@MIL-101在H2O2存在下可将非活性SERS信号转化为活性SERS信号，还可提升信号强度。再将葡萄糖氧化酶(GOx)和乳酸氧化酶(LOx)组装到AuNPs@MIL-101上，形成AuNPs@MIL-101@GOx和AuNPs@MIL-101@LOx集成纳米酶，构建了基于级联反应的SERS生物传感体系，检测机制如下：GOx或Lox先催化底物(如葡萄糖或乳酸)的氧化反应，以O2为电子受体，生成过氧化氢(H2O2)；随后，AuNPs@MIL-101作为类POD纳米酶，利用生成的H2O2将无色的非SERS活性染料(如无色孔雀石绿，LMG)氧化为具有强SERS活性的染料(如孔雀石绿，MG)。所建生物传感体系的检测机制的优势在于AuNPs和氧化酶被共组装在MIL-101的孔道结构中，实现了反应的空间近距离效应。这种“纳米尺度接近性”显著提高了级联反应的效率，减少了中间产物(H2O2)的扩散损失，此外，AuNPs不仅具有POD酶模拟活性，还作为SERS信号增强基底，提供了信号放大的双重功能。在葡萄糖和乳酸样品检测中，AuNPs的表面SPR效应显著增强了MG的SERS信号，葡萄糖检测限为4.2 μM，乳酸检测限为5.0 μM。所发展的天然酶@AuNPs@MIL-101复合物纳米酶生物传感体系适用于复杂生物样本中的微量分析。
Liu等人[24]在2024年制备的新型UVD-PH@AuNPs复合物纳米酶作为传感检测平台用于高半胱氨酸(Hcy)的检测。当H2O2与TMB反应时，AuNPs起到类POD活性的催化作用，使H2O2催化生成·OH，后者参与氧化TMB形成蓝色产物(oxTMB)，Hcy的存在会通过其巯基(-SH)与UVD-PH@AuNPs复合物纳米酶表面产生的·OH的反应生成Hcy-ss-Hcy，并进一步抑制TMB的氧化反应，导致溶液颜色变浅(图8)。该反应过程中oxTMB的颜色变化与Hcy浓度呈线性关系，通过检测650 nm处oxTMB的吸光度变化，可实现鼠血样品中Hcy的比色定量检测。
![]()
图 8 AuNPs@UVD-PH生物传感检测机制示意图Figure 8. Schematic diagram of AuNPs@UVD-PH biosensing detection mechanismYang等人[16]在2022年将乙酰胆碱酯酶(AChE)和胆碱氧化酶(ChOx)固定在所制备的UsAuNPs@MOF纳米酶上，发展出一种具有三级级联酶反应的高效传感复合物材料。AChE催化乙酰胆碱(ACh)生成胆碱， ChOx再将胆碱氧化生成H2O2，进一步由UsAuNPs@MOF来催化H2O2氧化显色剂TMB发生显色反应。由于有机磷农药(Ops)的存在会抑制AChE活性并降低H2O2的生成量，从而导致传感体系内oxTMB信号强度减弱。基此机制利用OPs对AChE活性的抑制作用构建了对OPs的生物传感检测新方法，它在OPs检测方面表现出了操作简便、灵敏度高(检测限为1.7 μM)、线性范围广(1.7-42.4 μM)及高回收率(96.6%–105.3%)等优势，并成功应用于番茄、黄瓜和茄子中有机磷农药的含量检测。
Jiang等人[33]在2024年所制备的AuNPs@ZIF-8复合材料被用作传感平台，ZIF-8的不同晶面(如(100)和(110)晶面)的暴露影响了AuNPs的电子状态和催化活性，特别是在(100)面和(110)面上，AuNPs的催化效率得到了显著提升。当葡萄糖与ZIF-8/Au复合材料接触时，AuNPs催化葡萄糖氧化反应生成H2O2，随后与电极表面上的底物发生反应，产生电化学信号，信号强度与葡萄糖的浓度成正比，通过检测电流的变化，能够实现对葡萄糖的定量分析。
除上述的检测机制之外，还可基于SERS进行生物传感检测，SERS是一种高灵敏度的光谱分析技术，可通过增强分子振动信号来进行检测。AuNPs的LSPR特性为SERS提供了理想的活性基础，使其能够广泛应用于生物传感(图9)。
![]()
图 9 基于AuNPs类酶的SERS生物传感检测机制示意图Figure 9. Schematic mechanism of SERS biosensing detection based on AuNPs enzymes-like activityJiang 等人[34]在2021年提出了一种新型的基于ZIF-8的复合材料传感器，用于实时监测活细胞释放的H2O2。该传感器通过将AuNPs与H2O2响应探针分子2-巯基氢醌(2-MHQ)结合，并进一步包覆ZIF-8材料制备而成。H2O2在AuNPs和ZIF-8的催化作用下，首先释放出活性氧种，随后会攻击2-MHQ分子中的巯基(-SH)，使其发生氧化反应，转化为2-巯基苯醌(2-MBQ)，在改变了2-MHQ分子的结构的同时，也显著改变了其拉曼特征峰。又由于AuNPs的局部表面等离子共振效应显著增强了分子与激光的相互作用，使得微弱的拉曼信号得到放大，使得该传感器能够在低浓度下实现快速、灵敏的H2O2检测。
3.2 肿瘤治疗
肿瘤组织的缺氧微环境会进一步加剧线粒体功能障碍，导致电子传递链的电子泄漏增加，从而促进ROS的产生，持续升高的 ROS 水平不仅能促进癌细胞的增殖、转移和侵袭，在肿瘤的进展过程中发挥着关键作用，基此，设计具有的高效的类酶活性的与AuNPs复合的MOFs复合材料，可为解决复杂生物微环境问题提供可能，还展现出优越的多功能性和调控能力。尤其是在利用其催化特性缓解缺氧、释放ROS以及增强化学/光动力治疗效果方面，AuNPs@MOF复合物纳米酶的研究推进了肿瘤治疗领域的进展。
Ding[14]等人在2020年开发了一种具有级联催化能力的新型PEG-AuNPs@FeMOF-CPT纳米酶-药物复合物，可对肿瘤细胞进行精准杀伤。通过分子自组装法使十二烷硫醇 (C12SH) 和甲氧基聚乙二醇硫醇 (PEG-SH) 与 AuNPs@FeMOF复合物表面形成稳定的 Au-S 键，达到提高胶体稳定性并抑制血液循环中催化反应的目的。再采用物理吸附法，利用分子间作用力将喜树碱 (CPT) 加载到 PEG-AuNPs@FeMOF 复合物的孔隙中，得到PEG-AuNPs@FeMOF-CPT(图10 a)，用于癌症的化学动力治疗(图10 b)。其催化机制如下：当PEG-AuNPs@FeMOF-CPT复合物通过细胞内吞作用被癌细胞摄取后，细胞内的磷酸盐离子会与 复合物中FeMOF的锆离子发生配位作用，破坏 MOF 的结构，导致 PEG 修饰层脱落及 MOF 结构坍塌，从而释放出AuNPs、CPT和TCPP(Fe)。释放的AuNPs具有类GOx的催化活性，可将细胞内的葡萄糖氧化为葡萄糖酸和 H2O2。同时，TCPP(Fe) 催化 Fenton 反应，将 H2O2 转化为高活性的 ·OH，杀伤癌细胞，而释放的 CPT 则直接对癌细胞发挥化疗作用。这三种物质产生了协同抗肿瘤作用，可增强抗肿瘤疗效，并减少了单药治疗的副作用。
![]()
图 10 (a) PEG-AuNPs@FeMOF-CPT纳米酶-药物复合物制备示意图; (b) PEG-AuNPs@FeMOF-CPT纳米酶-药物复合物肿瘤治疗机制示意图Figure 10. (a) Schematic diagram of PEG-AuNPs@FeMOF-CPT nano-enzyme-drug composites preparation; (b) Schematic diagram of the tumour therapeutic mechanism of PEG-AuNPs@FeMOF-CPT nanoenzyme-drug composites.Ma等人[32]在2019年开发了AuNPs@ZIF-8复合物纳米酶，提高了PDT的效率。AuNPs@ZIF-8通过增强渗透性和滞留效应，优先富集于肿瘤部位。AuNPs催化肿瘤内过量H2O2分解生成O2，显著降低了低氧相关的肿瘤抗性。此外，AuNPs@ZIF-8复合物中负载的光敏剂Ce6在660 nm光照条件下被激活，产生大量单线态氧，对肿瘤细胞造成氧化损伤和结构破坏。通过细胞实验和体内动物模型验证，AuNPs@ZIF-8复合物纳米酶在低氧肿瘤微环境中表现出优异的PDT增强效果，肿瘤体积缩小显著，并伴随良好的生物相容性和稳定性。
Yang等人[30]在2023年设计了一种创新的基于光敏MOF(PMOF)的AuNPs @PMOF/发夹(hairpin)物纳米酶诊疗系统。该平台的肿瘤治疗作用机制如下：利用其具有的类POD催化活性将肿瘤微环境中过量的H2O2快速分解为O2，为PDT提供充足的O2支持，PMOF作为光敏剂，在660 nm光照下将O2转化为单线态氧，生成的活性氧(ROS)对肿瘤细胞施加强效的杀伤作用，从而增强治疗效果(图11)。表面修饰的DNA发夹探针能够特异性识别并结合肿瘤相关的miR-21分子，通过荧光信号的开关实现对miRNA水平的动态监测。通过进一步ZIF-8和PEG修饰，该系统还具备良好的血液循环稳定性和肿瘤靶向积累能力，从而提升体内应用的疗效和安全。
![]()
传统的肿瘤治疗方式受限于肿瘤微环境的复杂性、组织的低氧状态及穿透深度不足等问题，这对实现彻底的肿瘤消除提出了挑战。Liu等人[35]在2024年开发了一种基于LuAG，AuNPs@ZIF-8 Tb/Ce-RB/Pt-HA(LRZAPH)复合物纳米酶的多功能平台，通过整合闪烁纳米颗粒(SCNPs)、金属有机框架(MOF)以及双金属纳米酶(Pt/AuNPs)，实现了X射线触发的PDT和催化增强的CDT协同治疗。其作用机制如下：在X射线的激发下，SCNPs将高能射线转化为可见光，通过荧光共振能量转移激活负载于其表面的光敏剂，从而高效地产生单线态氧，实现PDT。又由于Pt/AuNPs双金属纳米酶的类CAT酶和类POD酶活性，在不同pH条件下催化H2O2生成·OH和O2，解决了肿瘤组织的低氧特性，给系统供给O2，增强了PDT的效率。外层包裹的ZIF-8在酸性微环境中迅速分解，释放核心的LuAG:Tb/Ce-光敏剂和Pt/AuNPs纳米酶，从而在肿瘤部位实现精准的靶向治疗。在体内环境中，LRZAPH在X射线的触发下，协同PDT和CDT作用，释放大量ROS和自由基，导致肿瘤细胞的不可逆损伤，实现了高达93%的肿瘤抑制率。
4. 结 论
本文主要阐述了近年金纳米颗粒(AuNPs)修饰的MOFs(AuNPs@MOFs)复合物纳米酶的三种不同的合成策略，讨论了复合物纳米酶的类酶活性机制，展示了近年来其在生物传感和肿瘤治疗领域中的应用研究进展。得益于AuNPs的类酶活性及LSPR效应和MOFs材料独特的可调孔径、超高比表面积以及表面、孔道易修饰和功能可设计性等特点，基此构建的AuNPs@MOFs复合物纳米酶不同于一般的纳米酶，其独特的物化特性可在生物传感中被更便利的应用；且AuNPs@MOFs复合物纳米酶类酶活性以及光热转换性能，使其在肿瘤细胞治疗中可实现协同效应，提升小鼠肿瘤治疗效果。这些研究不仅为相应领域的发展提供了新思路，也为未来的肿瘤诊疗和生物传感检测提供了新的工具。
虽然AuNPs@MOFs复合物纳米酶易合成且合成方式多样、在多个领域中都有广泛的应用前景，但该研究依然存在着诸多限制，如：目前研究主要集中于AuNPs@MOFs复合物的设计及其单一类酶活性的开发，其活性调控不灵活，生物相容性研究不深入以及AuNPs@MOFs作为药物载体的代谢过程研究不足等问题；且现有研究大多基于体外细胞模型及体内动物模型实验，难以全面评估AuNPs@MOFs在复杂人体环境中的酶活性、安全性和肿瘤治疗效果。在AuNPs@MOFs复合物纳米酶催化活性和选择性方面缺乏天然酶固有的底物结合位点、组分协同的类酶分子识别单元，导致其催化活性低于天然酶，在催化反应方面的选择性较差，需要精确控制外部条件才能使其选择性较优等。后续的研究应集中于提高AuNPs@MOFs复合物纳米酶的特异选择性、提升其稳定性及其催化活性的智能刺激响应调控，应基于密度泛函理论(DFT)深入研究AuNPs@MOFs复合物纳米酶的催化机制，通过模拟其不同的反应路径来评估其催化性能，以指导AuNPs@MOFs复合物纳米酶的合理设计，促进其在工业中的实际应用并推动材料科学在生物活体分析及生物医学领域的蓬勃发展。
-
![]()
图 1 AuNPs@MOFs复合物纳米酶的分类、合成策略和生物应用示意图
Figure 1. Schematic illustration of the classification, synthesis strategies, and biological applications of AuNPs@MOFs composites nanoenzymes.
![]()
图 2 原位生长法构建AuNPs@UiO-66-NH2复合物
Figure 2. Construction of AuNPs@UiO-66-NH2 composites by in situ growth method
![]()
图 3 AuNPs@MOF(Fe)复合物的合成制备示意图
Figure 3. Schematic of the synthesis of AuNPs@MOF(Fe) composites
![]()
图 4 超小AuNPs@TCPP(Fe)复合物合成示意图
Figure 4. Construction of ultra-small AuNPs@TCPP(Fe) composites by in situ growth method
![]()
图 5 AuNPs@MOF类POD-活性的电子传递过程示意图
Figure 5. Schematic diagram of the electron transfer process of AuNPs@MOF POD-like activity
![]()
图 6 AuNPs@UVD-PH展示出比AuNPs-on-U@PH更高的类POD催化活性示意图
Figure 6. Schematic representation of AuNPs@UVD-PH demonstrating higher POD-like catalytic activity than AuNPs-on-U@PH
![]()
图 7 光响应性AuNPs@MIL-125复合物模拟OXD酶机制示意图
Figure 7. Schematic diagram of the mechanism of light-responsive AuNPs@MIL-125 composites mimicking OXD enzymes
![]()
图 8 AuNPs@UVD-PH生物传感检测机制示意图
Figure 8. Schematic diagram of AuNPs@UVD-PH biosensing detection mechanism
![]()
图 9 基于AuNPs类酶的SERS生物传感检测机制示意图
Figure 9. Schematic mechanism of SERS biosensing detection based on AuNPs enzymes-like activity
![]()
图 10 (a) PEG-AuNPs@FeMOF-CPT纳米酶-药物复合物制备示意图; (b) PEG-AuNPs@FeMOF-CPT纳米酶-药物复合物肿瘤治疗机制示意图
Figure 10. (a) Schematic diagram of PEG-AuNPs@FeMOF-CPT nano-enzyme-drug composites preparation; (b) Schematic diagram of the tumour therapeutic mechanism of PEG-AuNPs@FeMOF-CPT nanoenzyme-drug composites.
-
[1] GAO L Z, ZHUANG J, NIE L, et al. Intrinsic peroxidase-like activity of ferromagnetic nanoparticles[J]. Nature Nanotechnology, 2007, 2(9): 577-583. DOI: 10.1038/nnano.2007.260
[2] QIU X, WANG R. From construction strategies to applications: Multifunctional defective metal-organic frameworks[J]. Coordination Chemistry Review, 2025, 526: 216356.
[3] ANSARI K R, SINGH A, YOUNAS M, et al. Progress in Metal-Organic Frameworks (MOFs) as Multifunctional Material: Design, Synthesis, and Anticorrosion Performance Techniques[J]. Coordination Chemistry Reviews, 2025, 523: 216294.
[4] SICHANI S E, SOLTANIANFARD M J, ZAMANPOUR A, et al. Controlled bottom-up synthesis and characterization of crystalline and amorphous lead(II) coordination polymers: Sonochemical methods, structure-property relationship, and photocatalytic applications[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2025, 114: i7264.
[5] LI Y, BI W, YANG H, et al. Facile construction of copper-doped metal organic framework as a novel visible light-responsive photocatalyst for contaminant degradation[J]. Environmental Technology, 2025, 46(7): 1099-1111.
[6] WU L, ZHAO M, YE Q, et al. Electrochemical synthesis of ultra-flexible PES/HKUST-1 composite membranes for wastewater treatment[J]. Microporous and Mesoporous Materials, 2024, 366: 112917.
[7] SALVADOR F E, TEGUDEER Z, LOCKE H, et al. Facile mechanochemical synthesis of MIL-53 and its isoreticular analogues with a glance at reaction reversibility[J]. Dalton Transactions, 2024, 53(10): 4406-4411.
[8] LV W, SONG Y, MO Z. Synthesis of metal-organic framework-luminescent guest (MOF@LG) composites and their applications in environmental health sensing: A mini review[J]. Talanta, 2025, 283: 127105.
[9] KUMALASARI M R, ALFANAAR R, ANDREANI A S. Gold nanoparticles (AuNPs): A versatile material for biosensor application[J]. Talanta Open, 2024, 9: 100327.
[10] QIU Z Q, WANG J, YUAN Z Y, et al. Synthesis and Catalytic Properties of Silver Nanoparticles Prepared by Cyclodextrin in-situ Reduction Method[J]. Journal of East China University of Science and Technology, 2018, (2): 145-149.
[11] HU Y, CHENG H, ZHAO X, et al. Surface-Enhanced Raman Scattering Active Gold Nanoparticles with Enzyme-Mimicking Activities for Measuring Glucose and Lactate in Living Tissues[J]. ACS Nano, 2017, 11(6): 5558-5566.
[12] LI N, HANG X, SUN D, et al. Dual-aptamer-based voltammetric biosensor for the Mycobacterium tuberculosis antigen MPT64 by using a gold electrode modified with a peroxidase loaded composite consisting of gold nanoparticles and a Zr(IV)/terephthalate metal-organic framework[J]. Microchimica Acta, 2018, 185(12): 543.
[13] YUAN J, CHEN X, DUAN H, et al. Gold nanoparticle–decorated metal organic frameworks on immunochromatographic assay for human chorionic gonadotropin detection[J]. Microchimica Acta, 2020, 187: 640.
[14] DING Y, XU H, XU C, et al. A Nanomedicine Fabricated from Gold Nanoparticles-Decorated Metal–Organic Framework for Cascade Chemo/Chemodynamic Cancer Therapy[J]. Advanced Science, 2020, 7(7): 2001060.
[15] JIANG Y N, CAI Y Z, HU S, et al. Construction of Au@Metal-organic framework for sensitive determination of creatinine in urine[J]. Journal of Innovative Optical Health Sciences, 2021, 14(4): 2141003.
[16] YHANG H, SUN Z, QIN X, et al. Ultrasmall Au nanoparticles modified 2D metalloporphyrinic metal-organic framework nanosheets with high peroxidase-like activity for colorimetric detection of organophosphorus pesticides[J]. Food Chemistry, 2022, 376: 131906.
[17] ZHOU D, ZENG K, YANG M. Gold nanoparticle-loaded hollow Prussian Blue nanoparticles with peroxidase-like activity for colorimetric determination of L-lactic acid[J]. Microchimica Acta, 2019, 186: 1-7.
[18] XU K, ZHANG S, ZHUANG X, et al. Recent progress of MOF-functionalized nanocomposites: From structure to properties[J]. Advances in Colloid and Interface Science, 2024, 323: 103050.
[19] ALKAHTANI S A, MAHMOUD A M, EL-WEKIL M M. Electrochemical sensing of copper-chelator D-penicillamine based on complexation with gold nanoparticles modified copper based-metal organic frameworks[J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2022, 908: 116102.
[20] LAM P K, LIAO J J, LIN M C, et al. Controlled Encapsulation of Gold Nanoparticles into ZrMetal−Organic Frameworks with Improved Detection Limitation of Volatile Organic Compounds via Surface-Enhanced Raman Scattering[J]. Inorganic Chemistry, 2023, 62: 14896-14901.
[21] GANGULY A, PAUL A, PRASAD S. Pysanka-Inspired Electrode Modification with Aptamer Encapsulation in ZIF-8 for Urine Creatinine Electrochemical Biosensing[J]. Chemosensors, 2023, 11: 557.
[22] ZHOU W, LI H, XIA B, et al. Selenium-functionalized metal-organic frameworks as enzyme mimics[J]. Nano Res, 2018, 11(10): 5761-5768.
[23] SUN D, MO F, ZHOU Y, et al. One-pot assembly of gold nanoparticles in different dimensional MOFs with peroxidase-like activity for enhanced bacterial eradication[J]. Materials & Design, 2024, 239: 112804.
[24] LIU Y, CHENG C, ZHAO Z, et al. MOF–polymer composites with well-distributed gold nanoparticles for visual monitoring of homocysteine[J]. Analyst, 2024, 149: 1658-1664.
[25] COLONNA S, GAGGERO N, RICHELMI C, et al. Recent biotechnological developments in the use of peroxidases[J]. Trends in Biotechnology, 1999, 17(4): 163-168.
[26] WANG S, WANG Y, MA J, et al. Portable smartphone-assisted highly sensitive detection of mercury ions based on gold nanoparticle-modified NH2-UiO-66 metal–organic framework[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2024, 416(3): 1001-1010.
[27] ZHANG H, XU G, CHEN Y, et al. Electrochemical Detection of ompA Gene of C. sakazakii Based on Glucose-Oxidase-Mimicking Nanotags of Gold-Nanoparticles-Doped Copper Metal-organic Frameworks[J]. Sensors, 2023, 23(4396): 1-14.
[28] ZHANG Y, SONG J, SHAO W, et al. Au@NH2-MIL-125(Ti) heterostructure as light-responsive oxidase-like mimic for colorimetric sensing of cysteine[J]. Microporous and Mesoporous Materials, 2021, 310: 110642.
[29] GLORIEUX C, CALDERON PB. Targeting catalase in cancer[J]. Redox Biology, 2024, 77: 103404.
[30] YANG C, TIAN S, QIU W, et al. Hierarchical MOF@AuNP/Hairpin Nanotheranostic for Enhanced Photodynamic Therapy via O2 Self-Supply and Cancer-Related MicroRNA Imaging In Vivo[J]. Analytical Chemistry, 2023, 95(16279): 16279-16288.
[31] MO F, ZHONG S, YOU T, et al. Aptamer and DNAzyme-Functionalized Cu-MOF Hybrid Nanozymes for the Monitoring and Management of Bacteria-Infected Wounds[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2023, 15(45): 52114-52127.
[32] MA Y C, ZHU Y H, TANG X F, et al. Au nanoparticles with enzyme-mimicking activity-ornamented ZIF-8 for highly efficient photodynamic therapy[J]. Biomaterials Science, 2019, 7(7): 2740-2748.
[33] JIANG X, YAO T, SHI X, et al. Fast tailoring the ZIF-8 surface microenvironment at ambient temperature to boost glucose oxidase-like activity of AuNPs for biosensing[J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2025, 245: 114331.
[34] JIANG L, HH C H, CHEN H Y, et al. In situ monitoring of hydrogen peroxide released from living cells using a ZIF-8-based surface-enhanced Raman scattering sensor[J]. Analytical Chemistry, 2021, 93(37): 12609-12616.
[35] LIU B, LIU Z, LI J. X-ray triggered scintillator versatile nanocatalytic platform for synergistic photodynamic/chemodynamic therapy[J]. Talanta, 2025, 281: 126886.
-
目的
在材料科学与生物医学的交叉领域，开发兼具独特性能与广泛应用潜力的新型材料是关键目标。基于金属有机框架(MOFs)材料的纳米酶应运而生，其具备一系列天然酶所不具备的优势，如可调的孔隙率、极高的比表面积和易修饰的表面，这使其在诸多领域展现出巨大的应用前景。而金纳米颗粒(AuNPs)修饰的 MOFs(AuNPs@MOFs)复合物作为 MOFs 基质纳米酶的重要类别，更是因 AuNPs 的局部表面等离子体共振效应，有望进一步拓展纳米酶的性能，特别是在表面增强拉曼散射(SERS)特性方面，为生物传感、肿瘤治疗等领域提供更高效、灵敏的解决方案，因此成为研究的重点对象。
方法研究人员积极探索，采用多种创新手段来制备 AuNPs@MOFs 复合物纳米酶。原位生长法反应条件温和，适合AuNPs的合成，生成的AuNPs均匀分布在MOF表面或孔道中，有利于提高催化活性，操作简便，易于控制；但需要严格控制反应条件以避免AuNPs的团聚，对Au前驱体的选择性较低。包埋法能有效保护AuNPs，防止其在反应过程中团聚，提高AuNPs的稳定性和重复使用性，也可实现多种功能材料的复合，增强其催化活性；但制备过程较复杂，封装AuNPs过程是在MOF的腔内进行的，可能会导致协同效果不明确，且其可能会影响AuNPs@MOF纳米复合物的类酶催化活性。表面修饰法可通过化学修饰引入多种功能基团，提高材料的催化性能且实现多种催化功能，修饰过程相对简单且反应条件相对温和，易于实现，可改善AuNPs与MOF之间的相互作用，提高稳定性；但修饰剂的选择和用量需要精确控制，以避免对MOF结构的破坏，且某些修饰剂可能会降低AuNPs@MOFs复合物的催化活性。
结果以AuNPs@MOFs为基质的纳米复合物包含Au离子和有机配体，可制备成具有POD活性的纳米酶；通过精确的结构设计和表面功能化，可提升其催化活性、稳定性和特异性，亦可基此进一步提升AuNPs@MOFs纳米复合物在生物体内的生物传感性能及检测灵敏度。同时，AuNPs@MOFs为基质的纳米复合物也具有类OXD活性和类CAT活性。这些酶解活性被应用于生物传感和肿瘤治疗领域中，利用其催化特性缓解缺氧、释放ROS以及增强化学/光动力治疗效果。AuNPs@MOF复合物纳米酶的研究推进了肿瘤治疗领域的进展。
结论得益于AuNPs的类酶活性及LSPR效应和MOFs材料独特的可调孔径、超高比表面积以及表面、孔道易修饰和功能可设计性等特点，基此构建的AuNPs@MOFs复合物纳米酶不同于一般的纳米酶，其独特的物化特性可在生物传感中被更便利的应用；且AuNPs@MOFs复合物纳米酶类酶活性以及光热转换性能，使其在肿瘤细胞治疗中可实现协同效应，提升小鼠肿瘤治疗效果。这些研究不仅为相应领域的发展提供了新思路，也为未来的肿瘤诊疗和生物传感检测提供了新的工具。
下载:
计量
- 文章访问数: 14
- HTML全文浏览量: 6
- PDF下载量: 0
