在氧还原反应（ORR）中生成的活性氧（ROS）被广泛应用于电化学发光体系，作为共反应物促进光信号的发射。ROS包括超氧阴离子、过氧化氢和羟基自由基，它们在信号发射过程中起着关键作用。溶解氧因其优异的生物相容性，成为开发生物传感器的理想选择。然而，如何在ORR过程中选择性地生成特定的ROS仍是一个重要挑战，这对于优化生物传感器性能及确保电化学系统的稳定性至关重要。然而，现有的ECL系统通常依赖额外的共反应物或促进剂，这不仅增加了系统设计的复杂性，延长了电子转移途径并加剧了 ROS 的消耗。因此，为拓宽现有经典发光体在比率型高效生物传感器中的应用，迫切需要探索其在 ORR 和 ECL 之间的相关性，并开发具有分子内自催化功能的新型电化学发光系统。
近日，重庆医科大学朱姝、臧广超课题组设计了一种具有自催化调控功能的电化学发光体——ZnRuMOF，该材料通过将不同晶相的双金属MOF与分子内催化特性相结合，实现了对ORR催化活性的调控。这种创新设计采用同一金属源，但通过调节其不同的晶体结构，实现精确调节ECL信号的强度和稳定性。研究发现，MOF结构中的双金属节点作为分子内催化活性位点，不仅有效促进ORR反应，还能缩短生成的ROS与发光体之间的距离，从而大幅提升ECL信号的强度与稳定性。 不仅如此，研究还通过密度泛函理论计算（DFT）及原位电子顺磁共振（EPR）表征，进一步验证了MOF晶体结构变化对ORR催化活性和ROS的生成的影响。具体而言，MOF的配位环境导致不同晶相的产生，从而影响ROS的生成，进而产生不同的ECL信号特性。这一发现揭示了MOF晶体结构与催化选择性之间的内在关系，为设计高效ECL材料提供了理论依据。 总之，重庆医科大学朱姝、臧广超课题组通过设计双晶相双金属MOF，开创性地将ORR催化活性与ECL信号耦合，设计了一种新型具有分子内自催化功能的发光材料。研究深入揭示了MOF晶体结构与ORR选择性之间的内在关系。基于这一机制，设计了无需额外共反应物的电位分辨型ECL生物传感器，显著提高了原子效率。此外，Pt-N-SACs 和 DCHA 核酸信号放大技术的引入实现了对生物分子疾病标志物的超灵敏检测。该研究突破性的解决了不同化学功能在同一分子体系内集成的研究挑战，为复杂纳米结构的精准设计、可控功能化、精准调控以及绿色高效生物传感的设计提供了新的解决方案，为多功能生物传感技术提供了一个可扩展和可持续的平台。 论文信息 Intramolecular Switching Oxygen Reduction Reaction Driven by Dual-Crystalline Bimetallic MOF induces Self-Potential-Resolved Electrochemiluminescence Biosensor Junchuan Qin, Jinyu Zhou, Jiajia Chen, Pengcheng Gu, Yiwu Wang, Zeying Li Yehanrui Chen, Chenglin Dai, Wenkai Ying, Xin Pu, Dr. Guangchao Zang, Dr. Shu Zhu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202508627
