汗液傳感器通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)生化標(biāo)志物來檢測(cè)個(gè)體的生理狀態(tài)，在個(gè)性化醫(yī)療保健中發(fā)揮著重要作用。對(duì)目標(biāo)生物分子的特異性反應(yīng)通常依賴于天然氧化酶，但易受外界干擾。

基于此，華中科技大學(xué)夏寶玉教授和劉宏芳教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種由色氨酸（Trp）和組氨酸（His）官能化的銅金屬有機(jī)骨架（Cu-MOFs），即Cu(C₁₀O₅H₈)（HT-STAM-17-OEt）。具有類似抗壞血酸氧化酶結(jié)構(gòu)的HT-STAM-17-OEt可有效地在汗液傳感器中發(fā)揮作用，在酸性和堿性汗液中分別具有0.18和0.48 mA cm^-2 mM^-1的高靈敏度。

通過DFT計(jì)算，作者研究了這種Trp/His結(jié)構(gòu)與抗壞血酸和乳酸的相互作用。經(jīng)過幾何優(yōu)化，1個(gè)His和2個(gè)Trp協(xié)同在銅槳輪上形成兩個(gè)口袋狀結(jié)構(gòu)。對(duì)于抗壞血酸的結(jié)合，由于抗壞血酸中存在內(nèi)酯環(huán)和多個(gè)羥基，這種具有適當(dāng)幾何形狀的Trp/His形成的口袋可通過π-π堆積和更多的氫鍵有效固定抗壞血酸，與抗壞血酸的內(nèi)酯環(huán)和Trp側(cè)鏈以及His形成交錯(cuò)體系。對(duì)于乳酸結(jié)合，單個(gè)乳酸分子也可通過單個(gè)氫鍵吸附在Trp/His口袋狀結(jié)構(gòu)上。

DFT計(jì)算得到抗壞血酸吸附能為-0.78 eV，比乳酸吸附能負(fù)得多，表明抗壞血酸吸附是自發(fā)過程，而乳酸吸附需要額外的能量。DFT結(jié)果表明，抗壞血酸的負(fù)吉布斯自由能比乳酸更容易結(jié)合。因此。HT-STAM-17-OEt表面的Trp/His口袋狀結(jié)構(gòu)決定了抗壞血酸的顯著特異性捕獲，其他生物分子將被直接排除。此外，Trp/His結(jié)構(gòu)形成與抗壞血酸特異性結(jié)合具有普遍性。

Natural oxidase-mimicking copper-organic frameworks for targeted identification of ascorbate in sensitive sweat sensing. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-022-35721-4.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35721-4.