近日，我所生态环境评价与分析研究组（103组）卢宪波研究员和陈吉平研究员团队在电化学生物传感器的研发中取得新进展。团队设计合成了一系列二维导电金属有机框架（cMOFs），在此基础上制备的生物传感器展现出优异的电化学性能，实现了多种介质中神经毒剂的超灵敏抗干扰快速检测。
由于MOFs超高的孔隙率、巨大的比表面积以及可调整的结构和性能，各个领域已经对其展开了广泛的研究。然而，绝大多数MOFs的固有绝缘特性，阻碍了其在电子器件中的应用。
卢宪波和陈吉平团队一直致力于新型纳米传感器在环境污染物快速检测上的应用研究。神经毒剂的急性毒性可致人、动物等死亡，其在化学中毒性疾病发病占比最高，亟需发展快速、廉价的检测方法满足应急检测需求。在前期相关研究基础上（Anal. Chem., 2021; Biosens. Bioelectron., 2022; ACS Sens., 2022），团队在本工作中，合成了一系列基于不同金属中心和共轭有机配体的cMOFs，其良好的导电性和稳定性以及纳米尺度上活性位点的有序排列展现出对提高传感器关键性能的优异协同效应。良好的导电性源自于金属中心和共轭配体之间的面内扩展d-π共轭。通过对cMOFs结构的原子级调整，发现金属中心的种类以及孔径大小在电化学性能中的决定性作用。超小的羟基苯醌配体（THQ）具有明显的二维螯合效应，进一步提高了cMOF的导电性和稳定性。团队开发了基于cMOFs的电化学生物传感器，发现基于Cu3(THQ)2的传感器性能优异，通过显著降低信号底物的氧化电位提高了传感器的抗干扰能力，同时传感器灵敏度提高达到一个数量级。研究进一步证明了Cu3(THQ)2上密集的混合价铜和分析物之间电荷转移的重要作用，实现了多种介质中神经毒剂的超灵敏抗干扰快速检测。这项研究展示了cMOFs作为新型电极材料在电化学传感上的巨大潜力。
相关研究成果以“Dense Conductive Metal–Organic Frameworks as Robust Electrocatalysts for Biosensing”为题，发表在Analytical Chemistry上。该工作的第一作者是我所103组博士研究生牛凯。上述工作得到了国家自然科学基金、大连市科技创新基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 牛凯）
