ACS Sens：同手性金属有机框架靶向结合L-二苯丙氨酸位点，实现淀粉样β蛋白的超灵敏电化学检测

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种以认知功能损伤和行为障碍为特征的神经退行性疾病，目前仍缺乏有效的改善或治疗手段。淀粉样β蛋白（amyloid-β peptide, Aβ）是由39~43个氨基酸组成的多肽，其中 Aβ₁₋₄₀ 与 Aβ₁₋₄₂ 被认为是AD最可靠的分子生物标志物。正常生理条件下，Aβ的产生与降解处于动态平衡；一旦过量产生的Aβ未能及时清除，便会在脑组织中聚集形成淀粉样斑块，诱发AD。此时脑脊液中Aβ浓度反而低于500 pg/mL，提示Aβ已在脑内沉积；而血脑屏障受损又使血液中Aβ水平升高。因此，Aβ检测对于AD患者的早期筛查、诊断与治疗至关重要，而脑脊液与血清中Aβ浓度极低这一现实，迫切要求开发高灵敏、可靠、低成本、快速的检测平台。

目前已有酶联免疫吸附测定（ELISA）、荧光与比色探针、光电化学（PEC）、电化学发光（ECL）、拉曼光谱、质谱（MS）、表面等离子体共振（SPR）等多种方法用于Aβ检测。电化学传感技术以灵敏度高、可实时检测、成本低、操作简便而备受青睐，但针对Aβ的电化学检测研究相对较少，其根本原因在于缺乏与Aβ高度匹配的传感材料。为提升传感器对Aβ的亲和力与选择性，现有策略普遍将纳米材料、荧光试剂、固体吸附剂与抗体、适配体、多肽及小分子等靶向识别元件进行复合修饰——这不仅带来多步合成与表征的繁琐工艺、高昂成本与结构不明确等问题，抗体和适配体敏感的生物活性更会直接影响传感器的稳定性与重现性。

同手性金属有机框架（homochiral MOFs）由手性有机配体与金属离子自组装而成，在手性分离、不对称催化与对映体选择性传感等领域已展现出广阔前景。值得注意的是，已有少数MOF被嵌入免疫传感器用于Aβ检测，但其在其中仅充当增大比表面积的载体，而非识别元件。Aβ₁₋₄₀与Aβ₁₋₄₂的结构已被解析为富含疏水位点的β-折叠，易于与芳香分子发生非共价相互作用；分子动力学模拟与实验研究进一步揭示，Aβ中苯丙氨酸的芳香环是探针分子芳香基团作用的主要位点。鉴于二苯丙氨酸（PhePhe）是Aβ的核心识别基元，若能利用框架中丰富芳香环与PhePhe之间强烈的π-π堆积作用，MOF完全有能力实现对Aβ的有效检测。

基于此，本研究以4,4'-联苯-双[羰基-N-(异亮氨酸)]（H₂BPIle）与N,N′-双(4-吡啶基)对苯二甲酰胺（bpta）自组装构筑同手性MOF（Zn-BPIleBp），首次实现未经任何生物分子修饰的同手性MOF电化学传感器对Aβ1−40的检测，检测限低至 1.7 pM（7.36 pg/mL）。该传感器同时对作为Aβ1−40核心识别基元的PhePhe表现出高效对映体选择性与超灵敏检测能力：峰电流比 I_L/I_D 达 2.78，峰电位差 ΔE_p 高达 140 mV，对 L-PhePhe 的检测限低至 34 fM。传感器已成功用于外消旋混合物、人工脑脊液（aCSF）与胎牛血清（FBS）中 L-PhePhe 与 Aβ₁₋₄₀ 的超灵敏定量，整体性能优于已报道的Aβ电化学传感器。在AD临床应用中展现出巨大潜力，也为以MOF为传感材料设计传感平台、拓展其在生物与医学分析领域的功能与应用开辟了新视角。

• 首创"裸"MOF识别元件：首次将未修饰的同手性MOF（Zn-BPIleBp）直接用作Aβ1−40的电化学传感材料，摆脱对抗体、适配体等生物识别元件的依赖，规避了多步修饰、成本高昂、结构不明确与生物活性不稳定等痛点。

• 高效对映体识别：对 PhePhe 对映体的峰电流比 I_L/I_D = 2.78，峰电位差 ΔE_p = 140 mV；五支独立制备电极的 RSD 分别为 3.16%（I_L/I_D）与 0.82%（ΔE_p），稳定性与重现性出色，而对 Phe、Phe-NH₂、Tyr、His 等对映体的 I_L/I_D 均接近 1.0，选择性专一。

• 三重匹配驱动的协同识别机制：提出并论证了框架—靶标间的结构、疏水与手性三重匹配模型，bpta配体中酰胺基与苯环交替排布的结构单元与PhePhe二肽骨架几何互补，经π-π堆积与氢键实现位点专一性结合；H₂BPIle与bpta的稠密芳香环在框架表面构筑疏水微区，与富含疏水残基的Aβ₁₋₄₀发生疏水相互作用；同手性P1框架对L-PhePhe的亲和力显著高于D-PhePhe，与全L型氨基酸构成的 Aβ₁₋₄₀ 实现立体构型互补。圆二色谱、静态水接触角、UV−vis与 FT-IR等交叉印证该机制，并揭示非手性 bpta 提供结合位点、手性BPIle²⁻营造手性微环境的配体协同本质。

图1. (a) A-和 D-BPIle²⁻阴离子沿 b 轴连接形成的Z形双链；(b) B-和C-BPIle²⁻阴离子沿b轴形成的Z形双链；(c) 沿a轴观察的Zn-BPIleBp二维层。

图2. (a) 裸GCE与Zn-BPIleBp/GCE的CV曲线；(b) 二者的 EIS 谱图。在含0.1 M KCl的5.0 mM [Fe(CN)₆]^4−/3−溶液中进行。

图3. Zn-BPIleBp/GCE在0.1 M PBS（pH = 7.0）中结合1.0 mM L-/D-PhePhe 后的DPV曲线

图4. (a) Zn-BPIleBp/GCE 上不同浓度 L-/D-PhePhe 的 DPV 曲线；(b) 峰电流强度与 PhePhe 异构体浓度对数的线性关系。

图5. (a) 不同浓度 Aβ1−40 在 Zn-BPIleBp/GCE 上的 DPV 曲线；(b) 峰电流强度与 Aβ1−40 浓度对数的线性关系。

图6. (a) 含不同 L-异构体比例（0、20、40、60、80、100%）的PhePhe 异构体在 Zn-BPIleBp/GCE 上的 DPV 曲线；(b) 峰电流强度与外消旋混合物中 L-异构体比例的关系。

图7. Zn-BPIleBp/GCE 上 Aβ₁₋₄₀ 在干扰物（Mb、BSA、Ins、GLU、DA、AA 及其混合物）存在下的峰电流强度。DPV 测定于含10 nM 干扰物的1 nM Aβ1−40 溶液（0.1 M PBS，pH = 7.0）中进行。

图8. L-PhePhe、D-PhePhe、DL-PhePhe 与 DL-PhePhe* 及Zn-BPIleBp 的 CD 谱图。

图9. (a) Zn-BPIleBp、(b) Zn-BPIleBp@L-PhePhe、(c) Zn-BPIleBp@D-PhePhe 表面的水接触角照片。

图10. (a) Zn-BPIleBp、Zn-BPIleBp+L-PhePhe、Zn-BPIleBp+D-PhePhe、L-PhePhe 与 D-PhePhe 的 UV 谱图；(b) Zn-BPIleBp、H2BPIle、bpta、L-PhePhe、Zn-BPIleBp+L-PhePhe、H2BPIle+L-PhePhe 与 bpta+L-PhePhe 的 UV 谱图。

图11. (a) L-PhePhe、(b) Zn-BPIleBp、(c) L-PhePhe+Zn-BPIleBp、(d) D-PhePhe+Zn-BPIleBp 的IR谱图。

本研究首次开发了基于MOF的电化学传感器 Zn-BPIleBp 用于 Aβ₁₋₄₀ 检测，检测限低至 1.7 pM（7.36 pg/mL）；该传感器同时对作为 Aβ₁₋₄₀ 靶点的 L-PhePhe 表现出高效对映选择性识别与超灵敏检测能力，峰电流比 I_L/I_D 为 2.78、峰电位差 ΔEp 达 140 mV、检测限低至 34 fM。研究在外消旋混合物、aCSF 与 FBS 中实现了 L-PhePhe 与 Aβ₁₋₄₀ 的超灵敏定量，为AD临床检测提供了一个有效的传感器候选方案。光谱与结构分析表明，同手性MOF对 Aβ₁₋₄₀ 的高灵敏度与高亲和力源自框架与 Aβ₁₋₄₀ 之间结构单元的相似性、疏水匹配以及手性构型匹配。相较于以往传感器繁琐的制备与修饰流程，Zn-BPIleBp 修饰电极无需任何抗体或适配体等生物分子修饰，即可为 Aβ₁₋₄₀ 提供快速、易操作、可靠、超灵敏且准确的检测方法。该工作为开发面向生物分子检测的新型MOF传感材料提供了有价值的研究思路。

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