MOF@COF Heterostructure Hybrid for Dual-Mode Photoelectrochemical–Electrochemical HIV-1 DNA Sensing

生物传感器 检出限 共价有机骨架 电化学 材料科学 选择性 线性范围 双功能 共价键 异质结 纳米结构 胺气处理 杂交探针 纳米技术 组合化学 DNA 化学 有机化学 色谱法 光电子学 电极 物理化学 催化作用 生物化学
作者
Miaoran Xu,Kun Chen,Lei Zhu,Shuai Zhang,Minghua Wang,Linghao He,Zhihong Zhang,Miao Du
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:37 (45): 13479-13492 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.1c02253
摘要

We developed a novel metal-organic framework (MOF)@covalent-organic framework (COF) hybrid with a hierarchical nanostructure and excellent photoactivity, which further acted as the bifunctional platform of a dual-mode photoelectrochemical (PEC) and electrochemical (EC) biosensor for detecting HIV-1 DNA via immobilizing the HIV-1 DNA probe. First, the presynthesized Cu-MOF nanoellipsoids were used as the template for the in situ growth of the COF network, which was synthesized using copper-phthalocyanine tetra-amine (CoPc-TA) and 2,9-bis[p-(formyl)phenyl]-1,10-phenanthroline as building blocks through the Schiff base condensation. In view of the large specific surface area, abundant reserved amino group, excellent electrochemical activity, and high photoactivity, the obtained Cu-MOF@CuPc-TA-COF heterostructure not only can serve as the sensitive platform for anchoring the HIV-1 DNA probe strands but also can be utilized as the signal transducers for PEC and EC biosensors. Thereby, the constructed biosensor shows the sensitive and selective analysis ability toward the HIV-1 target DNA via the complementary hybridization between probe and target DNA strands. The dual-mode PEC and EC measurements revealed that the Cu-MOF@CuPc-TA-COF-based biosensor displayed a wide linear detection range from 1 fM to 1 nM and an extremely low limit of detection (LOD) of 0.07 and 0.18 fM, respectively. In addition, the dual-mode PEC-EC biosensor also demonstrated remarkable selectivity, high stability, good reproducibility, and preferable regeneration ability, as well as acceptable applicability, for which the detected HIV-1 DNA in human serum showed good consistency with real concentrations. Thereby, the present work can open a new dual-mode PEC-EC platform for detecting HIV-1 DNA based on the porous-organic framework heterostructure.
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