Bioinspired Zr-Cu Dual Sites Regulate Hydrogen Peroxide Heterolysis for Naked-Eye Glyphosate Sensing.
ACS Sens · 2026 · PMID 42333885 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > 화학·물성 · 사람 · 식이
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농업에서의 글리포세이트(Glyp)의 광범위한 사용은 식품과 환경에 잔류물을 남겨 생태계와 인간 건강에 잠재적 위협을 제기하고 있다. 따라서 신속하고, 민감하며, 선택적인 현장 검출 전략이 시급히 요구된다. 본 연구에서는 금속유기골격체(MOF)에 원자적으로 분산된 Zr-Cu 중심을 가진 이중 부위 나노효소 기반의 스마트폰 보조 종이 센서를 개발하였다. 단일 금속 Cu MOF와 비교했을 때, 얻어진 Zr-Cu MOF는 과산화효소 유사 활성이 11.32배 증가하였다. 이 시스템에서 산화환원 활성 부위인 Cu 자리가 촉매 중심 역할을 수행하며, 산화환원 비활성 부위인 Zr 자리는 루이스 산성 보조 인자(cofactor)로 작용하여 Cu의 전자 구조를 조절하고 기질 결합을 향상시킨다. 이들의 시너지적 상호작용은 효율적인 과산화수소 헤테로분해를 촉진하며 부반응을 방지한다. 더욱이, Cu 자리와 Zr 자리는 Glyp에 대한 특이적 인지에 모두 기여하는데, 이때 포스포네이트기, 카르복실기 및 아미노기는 Cu-N/O 배위를 통해 Cu와 킬레이트화되어 두 개의 오원자 고리를 형성하는 동시에, Zr-O-P 배위를 통해 Zr에 결합한다. 종이 기반 플랫폼에 통합된 이 Zr-Cu MOF는 스마트폰을 이용하여 빠르고, 육안으로 관찰 가능하며, 현장 배치 가능한 Glyp 검출을 가능하게 한다. 본 연구는 다중 보조 인자 시너지를 갖는 이종금속 나노효소 설계에 대한 일반적인 전략을 제공할 뿐만 아니라, 농약 모니터링을 위한 실용적인 플랫폼을 입증하였다.ORIGINAL ABSTRACT
The extensive use of glyphosate (Glyp) in agriculture has led to persistent residues in food and the environment, which pose potential threats to ecosystems and human health. Thus, rapid, sensitive, and selective on-site detection strategies are urgently needed. Herein, we developed a smartphone-assisted paper sensor based on a dual-site nanozyme with atomically dispersed Zr-Cu centers anchored on a metal-organic framework (MOF). Compared with the monometallic Cu MOF, the obtained Zr-Cu MOF exhibits an 11.32-fold increase in peroxidase-like activity. In this system, the redox-active Cu site functions as the catalytic center, while the redox-inactive Zr site acts as a Lewis acidic cofactor, modulating the electronic structure of Cu and enhancing substrate binding. Their synergistic interaction facilitates efficient hydrogen peroxide heterolysis and avoids side reactions. Moreover, both Cu and Zr sites contribute to the specific recognition of Glyp, where the phosphonate, carboxyl, and amino groups chelate with Cu through Cu-N/O coordination to form two five-membered rings, while binding to Zr through Zr-O-P coordination. Integrated into a paper-based platform, this Zr-Cu MOF allows fast, naked-eye, and field-deployable Glyp sensing using a smartphone. This work not only provides a general strategy for designing heterometallic nanozymes with multicofactor synergy but also demonstrates a practical platform for pesticide monitoring.| 저자 | Yu, X.; Xu, W.; Wu, Y.; Chen, Y.; Jiang, W.; Qiu, Y.; Li, J.; Zhou, Y.; Sun, H.; Zhu, C.; Gu, W. |
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| 저널 | ACS sensors |
| 권·호·쪽 | |
| PMID | 42333885 |
| DOI | 10.1021/acssensors.5c03873 |