图1：（a）通过仿生矿化法制备Pt NCs@ZIF-90纳米探针的示意图。（b）ATP响应的“Turn on”式比色检测原理示意图。

基于此，中山大学陈国胜、朱芳团队提出了一种纳米生物界面工程策略，将超小纳米酶与金属有机框架（MOF）通过仿生矿化技术协同结合，开发了一种高灵敏的ATP检测平台。以葡萄糖氧化酶（GOx）为模板合成的超小铂纳米簇（Pt NCs）具有高分散性和更优越的活性位点可及性，其类氧化酶活性相较于传统铂纳米颗粒（Pt NPs）提高约4倍。通过仿生矿化法将Pt NCs高效负载于ATP响应型MOF表面，构建了一种“Turn on”式纳米探针，实现了ATP特异性识别与纳米酶信号放大的功能集成（图1a）。该POTC生物传感器基于ATP分子诱导MOF内配位键解离并释放Pt NCs，通过类氧化物酶催化显色反应实现信号放大，其线性检测范围为0.2-1000 μM，检测限达0.062 μM，性能优于多数已报道比色方法，并在实际生物样本中表现出与传统方法相当的准确性（图1b）。

图2：超小Pt NCs纳米酶的制备流程和形貌表征。

作者系统评估一系列具有不同等电点（pI，4.93-9.38）和分子量（16-90 kDa）的蛋白质作为模板对Pt NCs纳米酶尺寸和分散性的影响，发现仅GOx能够合成具有超小尺寸和高分散性的Pt NCs，其他蛋白质无法生成稳定的超小Pt纳米簇。GOx具有较低的等电点和适宜的分子尺寸有利于静电相互作用和空间稳定效应从而有效防止纳米颗粒团聚，因此采用GOx作为后续实验的最优生物模板。

图3：超小Pt NCs纳米酶的类氧化酶催化性能及稳定性。

使用3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）作为底物评估超小Pt NCs的类氧化酶活性。通过Michaelis-Menten模型拟合实验数据发现，在整个TMB浓度范围内，Pt NCs表现出比Pt NPs显著更高的催化速率动力学参数。与Pt NPs相比，Pt NCs显示出更高的V_max，为0.26 μM s^-1（Pt NPs为0.18 μM s^-1），表明催化转化效率提高；Pt NCs的K_m值（0.0518 mM）低于Pt NPs（0.1371 mM），表明其具有更高的底物结合亲和力。此外，以k_cat/K_m定义的催化效率显示，Pt NCs相较于Pt NPs高出约4倍，这进一步证明了超小纳米簇在促进类氧化酶催化过程中的结构优势。作者还在各种非生理条件下，包括重金属离子和高温条件下，评估了超小Pt NCs纳米酶的稳定性。实验表明，Pt NCs具有优异的稳定性，可以保证其在检测过程中功能的稳定性。

图4：ATP响应性ZIF框架的确定。

作者系统评估了ZIF-90，ZIF-8和ZIF-zni三种锌基沸石咪唑酯骨架对ATP的结构响应。实验结果表明与ZIF-8和ZIF-zni相比，ZIF-90表现出更高的降解速率；并通过密度泛函理论（DFT）计算定量分析ATP及其类似物（AMP、ADP）对ZIF-90的结合亲和力，结果证实ATP对Zn²⁺位点的热力学亲和力明显强于AMP和ADP。因此选用ZIF-90作为用于纳米探针制造的ATP响应性MOF平台。

图5：Pt NCs@ZIF-90纳米探针的制备与表征。

作者通过MOF仿生矿化策略，通过将Pt NCs纳米酶封装在ATP敏感的ZIF-90内来设计ATP响应性纳米探针。并通过PXRD、FT-IR、BET、TEM/EDX、XPS、CLSM等表征证明了Pt NCs@ZIF-90的成功合成及Pt NCs在ZIF-90表面层的定位，为后续ATP的灵敏检测奠定了基础。

图6：ATP的比色检测。

该纳米探针检测ATP的原理依赖于ZIF-90在ATP作用下的结构分解及所释放Pt NCs的氧化酶样活性。ATP浓度与Pt NCs释放量呈近线性关系，释放的Pt NCs可催化TMB产生蓝色信号，在652 nm处吸光度与ATP浓度对数在0.2-1000 μM范围内线性相关，检测限为0.062 μM，灵敏度优于现有POCT传感器。该探针表现出高选择性，常见生物分子和离子在10倍于ATP浓度下无显著干扰。在模拟血清和尿液样本中，加标回收率达92%-113%，表明其在复杂生物基质中具有良好的适用性与可靠性，可用于临床ATP相关疾病的诊断。

小结

综上所述，本研究通过蛋白质模板化纳米酶合成与MOF仿生工程，开发了一种新型ATP响应性比色纳米探针。该探针将具有增强氧化酶样活性的超小铂纳米簇封装于ATP响应型MOF表面层中，可在ATP触发下快速释放铂纳米簇，通过催化信号放大产生“Turn on”式比色响应。该即时检测平台在模拟生物流体中对ATP表现出优异的灵敏度与特异性，检测限达0.062 μM，动态范围为0.2-1000 μM。本策略为临床诊断提供了新途径，并为构建具有更高稳定性、效率及实用性的下一代生物传感器奠定了基础。