Fe-Doped Piezoelectric Nanozyme UiO-66-NH2 with Enhanced Oxidase-like Activity for Fluorescence Detection of Glyphosate.
Langmuir · 2026 · 42:21510-21520 · PMID 42438133 · 등급8 기타 분석법개발 · 노출과 잔류 > 섭취량 추정
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압전 나노효소는 압전 효과를 통해 국소 전기장을 생성함으로써 촉매 반응을 구동하는 능력으로 상당한 주목을 받아왔으며, 이를 통해 전통적인 산화제(예: $\text{H}_2\text{O}_2$)에 대한 의존성을 없애고 기질 안정성 저하 문제를 효과적으로 회피할 수 있다. 본 연구에서는 Fe가 도핑된 압전 나노효소인 $\text{Fe/UiO-66-NH}_2$를 개발하였다. 초음파(US) 조사 하에서, 비중심대칭적 특성 덕분에 $\text{UiO-66-NH}_2$는 내부 전기장을 촉진하여 전자-정공 쌍 분리를 향상시켰고, 이를 통해 $\text{H}_2\text{O}_2$가 없는 반응성 산소종(ROS) 생성을 가능하게 하였다. Fe 도핑은 전자를 전달하고 전자-정공 쌍의 분리를 용이하게 함으로써 $\text{UiO-66-NH}_2$의 압전성을 크게 향상시켰으며, 그 결과 압전 상수($d_{33}$)가 24.3에서 36.3 pm V$^{-1}$로 증가하였다. US에 의해 구동되는 압전 나노효소 $\text{Fe/UiO-66-NH}_2$는 $\text{H}_2\text{O}$ 및 용존 $\text{O}_2$와의 산화환원 반응을 개시하여 다양한 ROS를 생성할 수 있었고, 이는 이후 $o$-페닐렌디아민(OPD)의 발색 반응을 촉매하여 형광성 생성물인 2,3-다이아미노페나진(DAP)을 산출하였다. 글리포세이트(Gly)가 $\text{Fe/UiO-66-NH}_2$에 특이적으로 결합함으로써 압전 효과를 저해하기 때문에, Gly 검출을 위한 형광 분석법이 개발되었다. 제안된 압전 촉매 센싱 시스템은 7분 이내에 신속한 Gly 검출을 가능하게 하였으며, 검출 한계가 $70 \text{ ng/mL}$인 높은 민감도를 제공하였다. 본 연구는 생화학적 분석 분야에서 큰 잠재력을 지닌 고성능 압전 나노효소 개발을 위한 합리적인 전략을 제시하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Piezoelectric nanozymes have garnered considerable attention for their ability to drive catalytic reactions by generating localized electric fields through the piezoelectric effect, thereby eliminating reliance on traditional oxidants (such as H2O2) and effectively avoiding the problem of poor substrate stability. In this work, an Fe-doped piezoelectric nanozyme Fe/UiO-66-NH2 was developed. Under ultrasound (US) irradiation, owing to its noncentrosymmetric nature, UiO-66-NH2 promoted an internal electric field that enhanced electron-hole pairs separation, thereby enabling H2O2-free production of reactive oxygen species (ROS). Fe doping significantly boosted the piezoelectricity of UiO-66-NH2 by promoting electron transfer and facilitating the separation of electron-hole pairs; therefore, its piezoelectric constant (d33) increased from 24.3 to 36.3 pm V-1. The piezoelectric nanozyme Fe/UiO-66-NH2 driven by US could initiate the redox reactions with H2O and dissolved O2 to yield various ROS, which subsequently catalyzed the chromogenic reaction of o-phenylenediamine (OPD), yielding the fluorescent product 2,3-diaminophenazine (DAP). Since glyphosate (Gly) inhibited the piezoelectric effect by specifically binding to Fe/UiO-66-NH2, a fluorescence assay was developed for Gly detection. The proposed piezocatalytic sensing system allowed for rapid Gly detection within a period of 7 min, offering high sensitivity with a limit of detection of 70 ng/mL. This work offered a rational strategy for developing high-performance piezoelectric nanoenzymes, holding great potential in biochemical analysis.| 저자 | Wang, L.; Meng, Y.; Yang, M. S.; Jiang, Z. W.; Gong, X.; Wang, Y. |
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| 저널 | Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids |
| 권·호·쪽 | 42(29), 21510-21520 |
| PMID | 42438133 |
| DOI | 10.1021/acs.langmuir.6c02610 |
| MeSH | Iron; Glycine; Glyphosate; Fluorescence; Oxidoreductases; Nanostructures; Phenylenediamines; Spectrometry, Fluorescence; Catalysis; Phenazines |