【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，大連化物所生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與分析研究組(103組)盧憲波研究員和陳吉平研究員團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)生物傳感器的研發(fā)中取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一系列二維導(dǎo)電金屬有機(jī)框架(cMOFs)，在此基礎(chǔ)上制備的生物傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了多種介質(zhì)中神經(jīng)毒劑的超靈敏抗干擾快速檢測(cè)。
由于MOFs超高的孔隙率、巨大的比表面積以及可調(diào)整的結(jié)構(gòu)和性能，各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)對(duì)其展開了廣泛的研究。然而，絕大多數(shù)MOFs的固有絕緣特性，阻礙了其在電子器件中的應(yīng)用。
盧憲波和陳吉平團(tuán)隊(duì)一直致力于新型納米傳感器在環(huán)境污染物快速檢測(cè)上的應(yīng)用研究。神經(jīng)毒劑的急性毒性可致人、動(dòng)物等死亡，其在化學(xué)中毒性疾病發(fā)病占比最高，亟需發(fā)展快速、廉價(jià)的檢測(cè)方法滿足應(yīng)急檢測(cè)需求。在前期相關(guān)研究基礎(chǔ)上(Anal. Chem., 2021; Biosens. Bioelectron., 2022; ACS Sens., 2022)，團(tuán)隊(duì)在本工作中，合成了一系列基于不同金屬中心和共軛有機(jī)配體的cMOFs，其良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性以及納米尺度上活性位點(diǎn)的有序排列展現(xiàn)出對(duì)提高傳感器關(guān)鍵性能的優(yōu)異協(xié)同效應(yīng)。良好的導(dǎo)電性源自于金屬中心和共軛配體之間的面內(nèi)擴(kuò)展d-π共軛。通過(guò)對(duì)cMOFs結(jié)構(gòu)的原子級(jí)調(diào)整，發(fā)現(xiàn)金屬中心的種類以及孔徑大小在電化學(xué)性能中的決定性作用。超小的羥基苯醌配體(THQ)具有明顯的二維螯合效應(yīng)，進(jìn)一步提高了cMOF的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于cMOFs的電化學(xué)生物傳感器，發(fā)現(xiàn)基于Cu3(THQ)2的傳感器性能優(yōu)異，通過(guò)顯著降低信號(hào)底物的氧化電位提高了傳感器的抗干擾能力，同時(shí)傳感器靈敏度提高達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)。研究進(jìn)一步證明了Cu3(THQ)2上密集的混合價(jià)銅和分析物之間電荷轉(zhuǎn)移的重要作用，實(shí)現(xiàn)了多種介質(zhì)中神經(jīng)毒劑的超靈敏抗干擾快速檢測(cè)。這項(xiàng)研究展示了cMOFs作為新型電極材料在電化學(xué)傳感上的巨大潛力。
相關(guān)研究成果以“Dense Conductive Metal–Organic Frameworks as Robust Electrocatalysts for Biosensing”為題，發(fā)表在Analytical Chemistry上。該工作的第一作者是我所103組博士研究生牛凱。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、大連市科技創(chuàng)新基金、我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 牛凱)
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