Anal Chem：羟基化双金属MOF双模式生物传感器：用于游离胆红素快速筛查与精确定量检测的平台

      新生儿黄疸极为常见，但真正致命的风险来自游离胆红素（f-Bil），即间接胆红素中未与白蛋白结合的部分。f-Bil具脂溶性，可穿越细胞膜和血脑屏障，诱发核黄疸，造成不可逆的神经损伤。研究已证实，f-Bil水平与总胆红素并不一致，总胆红素无法准确预测f-Bil所致神经毒性风险，因此f-Bil才是临床干预的关键指标。然而，现有检测手段捉襟见肘：重氮法主要检测总胆红素，难以区分f-Bil与结构相似的结合胆红素（c-Bil）；光谱法和色谱法昂贵繁琐，难以满足快速筛查需求；比色法虽简便，却因特异性不足易受c-Bil干扰。面对这一亟待解决的临床痛点，本研究设计了一种羟基化双金属MOF（FeCu-MOF-OH），利用f-Bil与Fe³⁺/Cu²⁺活性位点的配位作用抑制其类过氧化物酶活性，实现比色快速筛查（10分钟，检测限0.68 nM）；同时通过分子印迹光电化学（MIP-PEC）构建对f-Bil具有特异性识别空穴的传感界面，依据光电流变化实现精确定量（检测限1 pM）。该双模式平台旨在为新生儿黄疸的早期诊断与治疗监测提供快速、精准的解决方案，在神经损伤发生前抢占干预先机。

• 双模式互补实现快筛精测：比色法10分钟内完成f-Bil快速筛查，检测限0.68 nM；MIP-PEC法检测限低至1 pM，线性范围跨越6个数量级（1 pg/mL–10 μg/mL），兼具速度与灵敏度，双信号互证显著提升结果可靠性。

• 羟基化双金属MOF的协同增强机制：HBA修饰引入丰富-OH增强氢键识别；Fe/Cu协同使带隙从1.8 eV降至0.5 eV，DFT计算揭示Cu引入提高费米能级附近电子密度，促进电荷转移与光吸收，类过氧化物酶活性和光电流响应大幅提升。

• 临床相关性能与与抗干扰能力：在临床黄疸血清样本中MIP-PEC与重氮法接近，比色法RSD 0.98%–1.67%，MIP-PEC RSD 3.4%–4.8%；对胆绿素、血红素、葡萄糖等干扰物选择性良好，储存20天稳定性保持86.5%和90.47%。

  
  

图1. FeCu-MOF的制备过程及检测流程示意图：邻苯二胺（o-PD）、游离胆红素（f-Bil）、3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）、氧化态3,3',5,5'-四甲基联苯胺（ox-TMB）。

图2.（A）Fe-MOF、FeCu-MOF-NH₂和FeCu-MOF-OH的XRD图谱。（B）FeCu-MOF-NH₂和FeCu-MOF-OH的FTIR光谱。（C）FeCu-MOF-NH₂和FeCu-MOF-OH的ζ电位。（D）Fe-MOF和FeCu-MOF-OH的XPS全谱。（E）Fe 2p、（F）Cu 2p、（G）O 1s、（H）N 1s和（I）C 1s的XPS谱。

图3. （A）FeCu-MOF-NH₂和（B）FeCu-MOF-OH的SEM图像。（C）FeCu-MOF-OH的TEM图像。（D）Fe、（E）Cu、（F）N、（G）O和（H）C的EDS元素分布图。

图4. （A）不同反应体系的UV-vis光谱。FeCu-MOF-OH对（B）H₂O₂和（D）TMB的Lineweaver-Burk曲线。FeCu-MOF-OH对（C）H₂O₂和（E）TMB初始反应速率的双倒数图。（F）以DMPO为自旋捕获剂的·OH的EPR谱。

图5. （A）FeCu-MOF-OH + TMB + H₂O₂以及加入不同浓度f-Bil（4 μg/mL、5 μg/mL、6 μg/mL）后的UV-vis光谱。（B）Fe 2p、（C）O 1s和（D）N 1s在FeCu-MOF-OH和FeCu-MOF-OH@f-Bil中的XPS谱。（E）不同组装步骤后电极的EIS和（F）PEC信号。

图6. （A）Fe-MOF和（B）FeCu-MOF的带隙和态密度。（C）Fe-MOF和（D）FeCu-MOF的差分电荷密度。

图7.（A）吸光度与log C_f-Bil（1 ng/mL至1 μg/mL）的线性关系。（B）不同浓度C_f-Bil（1 ng/mL至1 μg/mL）的UV-vis光谱。（C）吸光度与C_f-Bil（1至10 μg/mL）的线性关系。（D）不同浓度C_f-Bil（1至10 μg/mL）的UV-vis光谱。（E）光电流与log C_f-Bil（1 pg/mL至10 μg/mL）的线性关系。（F）不同浓度C_f-Bil（1 pg/mL至10 μg/mL）的光电流响应

图8.（A）比色和（B）MIP-PEC生物传感器的选择性。（C）比色和（D）MIP-PEC生物传感器的重现性。（E）比色和（F）MIP-PEC生物传感器的稳定性。

     本研究成功制备了羟基化双金属FeCu-MOF-OH，并构建了比色/MIP-PEC双模式传感器。FeCu-MOF-OH因Fe/Cu双金属协同作用，带隙从单金属Fe-MOF的1.8 eV降至0.5 eV，类过氧化物酶活性和光电响应显著增强。比色法检测f-Bil的线性范围为1 ng/mL–10 μg/mL，检测限为0.68 nM（0.4 ng/mL），可在10分钟内完成快速筛查；MIP-PEC法线性范围为1 pg/mL–10 μg/mL，检测限低至1 pM（0.6 pg/mL），实现了超灵敏精确定量。临床黄疸血清样本检测显示，MIP-PEC结果与临床重氮法接近，比色法结果略高但RSD仅为0.98%–1.67%，MIP-PEC的RSD为3.4%–4.8%。双模式互补有效弥补了单一方法的不足，为f-Bil的快速、准确检测提供了可靠平台。

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