生物分子的特异、灵敏检测一直以来都是生命分析化学领域十分关注的课题。荧光生物传感技术具有高灵敏和易操作等优点，在生物分析、医疗诊断、疾病监测等领域展示了潜在应用价值。近年来，二维纳米材料（如氧化石墨烯、二硫化钼等）和功能核酸等研究领域的发展，为构建新颖的荧光生物传感技术提供了全新的设计思路和平台。其中，二维金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）是由金属离子与有机配体配位构筑而成的一种具有特殊性质的纳米尺寸骨架材料，它们显示了迷人的框架结构和高比表面等特点，可应用于分子传感等诸多领域。而MOF 纳米片因边缘存在未完全配位的金属离子或配体而带有一定的电荷，在设计基于MOF 纳米片探针的生物分子传感器时将扮演着重要的角色。

    近年来，威尼斯wnsr888(亚洲)集团有限公司夏兴华课题组在二维纳米材料性质以及在光电化学分析等方面的应用方面开展了深入的研究，取得了系列成果（Journal of the American Chemical Society 2015, 137, 7365-7370；Analytical Chemistry 2015, 87, 6828-6833；Nature Communications 2014, 5：5285；Analytical Chemistry 2014, 86, 2711-2718；Small 2014, 10, 706-716.）。近期，他们首次阐述了MOF 纳米片的荷电性对荧光生物传感性能的独特影响。该工作制备了一系列镧系MOF 纳米片（图1），并分别与荧光分子标记的核酸适体组装成可生物降解的荧光传感器。他们发现，MOF-Ln 纳米片边缘未完全配位的金属离子对该传感器的荧光猝灭和恢复具有重要的调控作用（图2）。基于此发现，他们设计制备了基于MOF-Ln 纳米片的双色荧光传感器，以ATP作为分析目标，通过荧光颜色的变化，观察到了ATP 在单细胞中的精细分布（图3）。该双色荧光传感方法可有效避免假阳性结果的出现，能更真实地反映出生物分子在细胞内部的分布或浓度变化。

    该工作最近发表于NPG Asia Materials (2017, DOI: 10.1038/am.2017.1037)，论文第一作者为博士后王怀松。该工作得到国家自然科学基金面上项目（21275070, 21275071, 21327902 和 21635004）和国家973基础研究项目（2012CB933800）等支持。

 

图1. MOF-Ln nanosheets的结构（A）、SEM图（B）、AFM图以及电子衍射图（C）。

 

图2. MOF-Ln nanosheets对荧光分子的荧光猝灭行为。

 

图3. 单细胞中ATP的双色荧光传感及定量。