Application of Covalent Organic Framework-Based Electrochemical Biosensors in Biological Sample Detection

doi:10.6023/A22070339

Acta Chimica Sinica ›› 2022, Vol. 80 ›› Issue (11): 1524-1535.DOI: 10.6023/A22070339 Previous Articles Next Articles

Review

基于共价有机框架的电化学生物传感器在生物样品检测中的应用

浩天瑞霖, 朱子煜, 蔡艳慧, 王微, 王祯, 梁阿新^*(), 罗爱芹^*()

北京理工大学生命学院分子医学与生物诊疗工业和信息化部重点实验室北京 100081

投稿日期:2022-07-31 发布日期:2022-09-09
通讯作者: 梁阿新, 罗爱芹

作者简介:

浩天瑞霖, 北京理工大学生命学院2021级生物学专业硕士研究生. 2021年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行研究生阶段学习. 目前主要从事基于COFs的电化学生物传感器的研究.

朱子煜, 北京理工大学生命学院2021级生物学专业硕士研究生. 2021年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行研究生阶段学习. 目前主要从事面向疾病标志物快速检测的生物传感技术研究.

蔡艳慧, 北京理工大学生命学院2020级生物学专业硕士研究生. 2020年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行研究生阶段学习. 目前主要从事基于电化学生物传感器应用与疾病标志物检测的研究.

王微, 北京理工大学生命学院2020级生物学专业博士研究生. 2019年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行研究生阶段学习. 目前主要从事基于手性多孔材料的气相色谱手性固定相的研究.

王祯,北京理工大学生命学院2021级生物医学工程专业博士研究生. 2021年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行博士研究生阶段学习. 目前主要从事基于晶体材料手性色谱分离分析研究.

梁阿新, 博士, 北京理工大学生命学院助理研究员, 2021年于北京理工大学获得理学博士学位. 主要从事电化学生物传感器构建、纳米多孔材料制备与微纳加工的研究. 先后在国际高水平期刊发表SCI论文12篇, 以第一发明人申请国家发明专利4项(已授权2项).

罗爱芹, 北京理工大学生命学院院长, 教授, 博士生导师, 工业和信息化部分子医学与生物诊疗重点实验室主任. 主要研究方向为分子识别与生物传感、生物医学分析与检测研究.

基金资助:
国家重点研发计划(2019YFA0904104)

Application of Covalent Organic Framework-Based Electrochemical Biosensors in Biological Sample Detection

Ruilin Haotian, Ziyu Zhu, Yanhui Cai, Wei Wang, Zhen Wang, Axin Liang(), Aiqin Luo()

Key Laboratory of Molecular Medicine and Biotherapy, the Ministry of Industry and Information Technology, School of Life Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China

Received:2022-07-31 Published:2022-09-09
Contact: Axin Liang, Aiqin Luo
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2019YFA0904104)

Covalent organic frameworks (COFs) are two-dimensional or three-dimensional organic crystalline materials with nanoscale structural order, which have structural advantages such as high periodicity and modifiability. Electrochemical biosensors based on COFs have the characteristics of ultra-sensitivity, strong specificity, and good repeatability, and have broad prospects in the detection of biological samples. The synthesis methods and strategies of COFs, the introduction and classification of electrochemical biosensors, and the application of COFs in electrochemical biosensing to detect biological samples are briefly summarized. Finally, the technical bottlenecks of COFs materials in the field of biosensing and their future development directions are summarized and discussed.

Key words: covalent organic frameworks, electrochemical biosensor, biological sample, detection

Cite this article

Ruilin Haotian, Ziyu Zhu, Yanhui Cai, Wei Wang, Zhen Wang, Axin Liang, Aiqin Luo. Application of Covalent Organic Framework-Based Electrochemical Biosensors in Biological Sample Detection[J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(11): 1524-1535.

Export EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

share this article

Fig. & Tab. 7

References 111

[1]	Liu, R.-X.; Zhu, Q.-H. Chinese Journal of Modern Applied Pharmacy 2020, 37, 378. (in Chinese)
	(刘睿轩, 朱全红, 中国现代应用药学, 2020, 37, 378.)
[2]	Strimbu, K.; Tavel, J. A. Curr. Opin. HIV AIDS. 2010, 5, 463. doi: 10.1097/COH.0b013e32833ed177 pmid: 20978388
[3]	Kaya, S. I.; Ozcelikay, G.; Mollarasouli, F.; Bakirhan, N. K.; Ozkan, S. A. Sens. Actuators B Chem. 2022, 351, 130856.
[4]	Agrahari, S.; Kumar Gautam, R.; Kumar Singh, A.; Tiwari, I. Microchem. J. 2022, 172, 106980.
[5]	Ensafi, A. Electrochemical Biosensors, Ed.: Eryilmaz, K., Elsevier, Amsterdam, 2019, pp. 1-10.
[6]	Dai, Y.; Abbasi, K.; DePietro, M.; Butler, S.; Liu, C. Sci. Rep. 2018, 8, 13541. doi: 10.1038/s41598-018-31994-2
[7]	Ma, Y.; Wang, S.; Zhang, Z.; Cao, X.; Zhang, B.; Wu, D.; Chen, K.; Wang, W.; Liu, P. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 22982. doi: 10.1021/acsami.1c23426
[8]	Chen, Y.-X.; Chen, Q.; Zhang, Z.-H. Chin. J. Org. Chem. 2021, 41, 3826. (in Chinese) doi: 10.6023/cjoc202107030
	(陈育萱, 陈奇, 张占辉, 有机化学, 2021, 41, 3826.)
[9]	Mohammadpour, Z.; Majidzadeh-A, K. ACS Biomater. Sci. Eng. 2020, 6, 1852. doi: 10.1021/acsbiomaterials.9b01894 pmid: 33455353
[10]	Wang, T.; Zhao, L.; Wang, K.-W.; Bai, Y.-F.; Feng, F. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 600. (in Chinese) doi: 10.6023/A20120578
	(王涛, 赵璐, 王科伟, 白云峰, 冯锋, 化学学报, 2021, 79, 600.) doi: 10.6023/A20120578
[11]	Zhao, G.; Xu, L.; Jiang, J.; Mei, Z.; An, Q.; Lv, P.; Yang, X.; Guo, H.; Sun, X. Nano Energy 2022, 92, 106756.
[12]	Zhang, Z.; Yin, C.; Shi, X.; Yang, G.; Wang, Y. Sep. Purif. Technol. 2022, 283, 120233.
[13]	Jahromi, A. M.; Solhjoo, A.; Ghasemi, M.; Khedri, M.; Maleki, R.; Tayebi, L. Mater. Chem. Phys. 2022, 276, 125382.
[14]	Li, X.; Kawai, K.; Fujitsuka, M.; Osakada, Y. Surf. Interfaces 2021, 25, 101249.
[15]	Feng, L.; Qian, C.; Zhao, Y. ACS Mater. Lett. 2020, 2, 1074.
[16]	Yang, Z.; Ma, C.; Gu, J.; Wu, Y.; Zhu, C.; Li, L.; Gao, H.; Yin, W.; Wang, Z.; Zhang, Y.; Shang, Y.; Wang, C.; Chen, G. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2022, 267, 120534.
[17]	Liu, X.; Song, N.; Qian, D.; Gu, S.; Pu, J.; Huang, L.; Liu, J.; Qian, K. ACS Biomater. Sci. Eng. 2021, 10.1021/acsbiomaterials.1c00733.
[18]	Wang, Z.-T.; Liu, Y.-Z.; Wang, Y.-J.; Fang, Q.-R. Acta Chim. Sinica 2022, 80, 37. (in Chinese) doi: 10.6023/A21100454
	(王自陶, 刘耀祖, 王钰杰, 方千荣, 化学学报, 2022, 80, 37.) doi: 10.6023/A21100454
[19]	Jiang, C.-H.; Feng, X.; Wang, B. Acta Chim. Sinica 2020, 78, 466. (in Chinese) doi: 10.6023/A20030088
	(蒋成浩, 冯霄, 王博, 化学学报, 2020, 78, 466.) doi: 10.6023/A20030088
[20]	Chen, X.; Geng, K.; Liu, R.; Tan, K.; Gong, Y.; Li, Z.; Tao, S.; Jiang, Q.; Jiang, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5050. doi: 10.1002/anie.201904291
[21]	Geng, K.; He, T.; Liu, R.; Dalapati, S.; Tan, K.; Li, Z.; Tao, S.; Gong, Y.; Jiang, Q.; Jiang, D. Chem. Rev. 2020, 120, 8814. doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00550
[22]	Altaf, A.; Baig, N.; Sohail, M.; Sher, M.; Ul-Hamid, A.; Altaf, M.; Mater. Today Commun. 2021, 28, 102612.
[23]	Bhambri, H.; Khullar, S.; Sakshi.; Mandal, S. K. Mater. Adv. 2022, 3, 19.
[24]	Niu, L.; Zhao, X.; Wu, F.; Tang, Z.; Lv, H.; Wang, J.; Fang, M.; Giesy, J. P. Sci. Total Environ. 2021, 783, 146838.
[25]	Wang, H.; Wang, H.; Wang, Z.; Tang, L.; Zeng, G.; Xu, P.; Chen, M.; Xiong, T.; Zhou, C.; Li, X.; Huang, D.; Zhu, Y.; Wang, Z.; Tang, J. Chem. Soc. Rev. 2020, 49, 4135. doi: 10.1039/d0cs00278j pmid: 32421139
[26]	Ashworth, C. Nat. Rev. Chem. 2021, 5, 220. doi: 10.1038/s41570-021-00270-9
[27]	Jin, P.; Niu, X.; Zhang, F.; Dong, K.; Dai, H.; Zhang, H.; Wang, W.; Chen, H.; Chen, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 20414. doi: 10.1021/acsami.0c01763
[28]	Liu, H.; Chu, J.; Yin, Z.; Cai, X.; Zhuang, L.; Deng, H. Chem 2018, 4, 1696. doi: 10.1016/j.chempr.2018.05.003
[29]	Grunenberg, L.; Savasci, G.; Terban, M.; Duppel, V.; Moudrakovski, I.; Etter, M.; Dinnebier, R. E.; Ochsenfeld, C.; Lotsch, B. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 3430. doi: 10.1021/jacs.0c12249 pmid: 33626275
[30]	Li, G.; Ma, W.; Yang, Y.; Zhong, C.; Huang, H.; Ouyang, D.; He, Y.; Tian, W.; Lin, J.; Lin, Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 49482. doi: 10.1021/acsami.1c13997
[31]	Song, K. S.; Talapaneni, S. N.; Ashirov, T.; Coskun, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 26102. doi: 10.1021/acsami.1c06326
[32]	Guan, X.; Ma, Y.; Li, H.; Yusran, Y.; Xue, M.; Fang, Q.; Yan, Y.; Valtchev, V.; Qiu, S. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4494. doi: 10.1021/jacs.8b01320
[33]	Karak, S.; Kandambeth, S.; Biswal, B. P.; Sasmal, H. S.; Kumar, S.; Pachfule, P.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1856. doi: 10.1021/jacs.6b08815
[34]	Côté, A. P.; Benin, A. I.; Ockwig, N. W.; O’Keeffe, M.; Matzger, A. J.; Yaghi, O. M. Science 2005, 310, 1166. doi: 10.1126/science.1120411
[35]	Evans, A. M.; Strauss, M. J.; Corcos, A. R.; Hirani, Z.; Ji, W.; Hamachi, L. S.; Aguilar-Enriquez, X.; Chavez, A. D.; Smith, B. J.; Dichtel, W. R. Chem. Rev. 2022, 122, 442. doi: 10.1021/acs.chemrev.0c01184
[36]	Jiang, Y.; Liu, C.; Huang, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 32186. doi: 10.1021/acsami.9b11850
[37]	Wang, N.; Liu, J.; Tang, L.; Wei, X.; Wang, C.; Li, X.; Ma, L. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 24966.
[38]	Huo, Y.; Xiu, S.; Meng, L.-Y.; Quan, B. Chem. Eng. J. 2023, 451, 138572.
[39]	Zhang, J.-L.; Yang, Y.; Liang, W.-B.; Yao, L.-Y.; Yuan, R.; Xiao, D.-R. Anal. Chem. 2021, 93, 3258. doi: 10.1021/acs.analchem.0c04931
[40]	Han, X.-H.; Chu, J.-Q.; Wang, W.-Z.; Qi, Q.-Y.; Zhao, X. Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 2464. doi: 10.1016/j.cclet.2021.11.066
[41]	Li, Y.; Chen, W.; Xing, G.; Jiang, D.; Chen, L. Chem. Soc. Rev. 2020, 49, 2852. doi: 10.1039/D0CS00199F
[42]	Kuhn, P.; Antonietti, M.; Thomas, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3450. doi: 10.1002/anie.200705710
[43]	Rangaraj, V. M.; Reddy, K. S. K.; Karanikolos, G. N. Chem. Eng. J. 2022, 429, 132160.
[44]	Dong, B.; Wang, W.-J.; Pan, W.; Kang, G.-J. Mater. Chem. Phys. 2019, 226, 244. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.01.032
[45]	Wang, J.; Yan, B. Anal. Chem. 2019, 91, 13183. doi: 10.1021/acs.analchem.9b03534
[46]	Wang, J.-M.; Lian, X.; Yan, B. Inorg. Chem. 2019, 58, 9956. doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b01106
[47]	Jiang, H.; Shen, X.; Wang, F.; Zhang, J.; Du, Y.; Chen, R. Ind. Eng. Chem. Res. 2021, 60, 13523. doi: 10.1021/acs.iecr.1c02366
[48]	Biswal, B. P.; Chandra, S.; Kandambeth, S.; Lukose, B.; Heine, T.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5328. doi: 10.1021/ja4017842
[49]	Yang, S.-T.; Kim, J.; Cho, H.-Y.; Kim, S.; Ahn, W.-S. RSC Adv. 2012, 2, 10179. doi: 10.1039/c2ra21531d
[50]	Preet, K.; Gupta, G.; Kotal, M.; Kansal, S. K.; Salunke, D. B.; Sharma, H. K.; Chandra Sahoo, S.; Van Der Voort, P.; Roy, S. Cryst. Growth Des. 2019, 19, 2525. doi: 10.1021/acs.cgd.9b00166
[51]	Lv, H.; Zhao, X.; Niu, H.; He, S.; Tang, Z.; Wu, F.; Giesy, J. P. J. Hazard. Mater. 2019, 369, 494. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.02.046
[52]	Qi, K.; Zhuang, C.; Zhang, M.; Gholami, P.; Khataee, A. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 123, 243. doi: 10.1016/j.jmst.2022.02.019
[53]	Campbell, N. L.; Clowes, R.; Ritchie, L. K.; Cooper, A. I. Chem. Mater. 2009, 21, 204. doi: 10.1021/cm802981m
[54]	Kim, S.; Park, C.; Lee, M.; Song, I.; Kim, J.; Lee, M.; Jung, J.; Kim, Y.; Lim, H.; Choi, H. C. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1700925.
[55]	Ji, W.; Guo, Y.-S.; Xie, H.-M.; Wang, X.; Jiang, X.; Guo, D.-S. J. Hazard. Mater. 2020, 397, 122793.
[56]	Zhang, Y.; Ma, L.; Lv, Y.; Tan, T. Chem. Eng. J. 2022, 430, 133001.
[57]	Das, G.; Skorjanc, T.; Sharma, S. K.; Gándara, F.; Lusi, M.; Shankar Rao, D. S.; Vimala, S.; Krishna Prasad, S.; Raya, J.; Han, D. S.; Jagannathan, R.; Olsen, J.-C.; Trabolsi, A. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9558. doi: 10.1021/jacs.7b02836
[58]	Kim, S.; Choi, H. C. Commun. Chem. 2019, 2, 60. doi: 10.1038/s42004-019-0162-z
[59]	Liang, R.; Hu, Y.; Li, G. J. Chromatogr. A 2020, 1618, 460867.
[60]	Yang, S.; Li, X.; Qin, Y.; Cheng, Y.; Fan, W.; Lang, X.; Zheng, L.; Cao, Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 29471. doi: 10.1021/acsami.1c03170
[61]	Sun, Y.; Song, S.; Xiao, D.; Gan, L.; Wang, Y. ACS Omega 2020, 5, 24262. doi: 10.1021/acsomega.0c02382
[62]	Zhang, F.; Zhang, J.; Zhang, B.; Tan, X.; Shao, D.; Shi, J.; Tan, D.; Liu, L.; Feng, J.; Han, B.; Yang, G.; Zheng, L.; Zhang, J. ChemSusChem 2018, 11, 3576. doi: 10.1002/cssc.201801712
[63]	Hu, J.; Zanca, F.; Lambe, P.; Tsuji, M.; Wijeweera, S.; Todisco, S.; Mastrorilli, P.; Shirley, W.; Benamara, M.; Moghadam, P. Z.; Beyzavi, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 29212. doi: 10.1021/acsami.0c04957
[64]	Hu, C.; Zhang, Z.; Liu, S.; Liu, X.; Pang, M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 23072. doi: 10.1021/acsami.9b08394
[65]	Zhang, M.; Liu, J.; Yang, B.; Ma, L.; Wang, N.; Wei, X. Ind. Eng. Chem. Res. 2022, 61, 1066. doi: 10.1021/acs.iecr.1c04156
[66]	Zhu, D.; Zhang, Z.; Alemany, L. B.; Li, Y.; Nnorom, N.; Barnes, M.; Khalil, S.; Rahman, M. M.; Ajayan, P. M.; Verduzco, R. Chem. Mater. 2021, 33, 3394. doi: 10.1021/acs.chemmater.1c00737
[67]	Dey, K.; Pal, M.; Rout, K. C.; Kunjattu, H. S.; Das, A.; Mukherjee, R.; Kharul, U. K.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13083. doi: 10.1021/jacs.7b06640
[68]	Kumar Mahato, A.; Bag, S.; Sasmal, H. S.; Dey, K.; Giri, I.; Linares-Moreau, M.; Carbonell, C.; Falcaro, P.; Gowd, E. B.; Vijayaraghavan, R. K.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20916. doi: 10.1021/jacs.1c09740 pmid: 34855393
[69]	Khan, N. A.; Zhang, R.; Wu, H.; Shen, J.; Yuan, J.; Fan, C.; Cao, L.; Olson, M. A.; Jiang, Z. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 13450. doi: 10.1021/jacs.0c04589
[70]	Ou, Z.; Liang, B.; Liang, Z.; Tan, F.; Dong, X.; Gong, L.; Zhao, P.; Wang, H.; Zou, Y.; Xia, Y.; Chen, X.; Liu, W.; Qi, H.; Kaiser, U.; Zheng, Z. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 3233. doi: 10.1021/jacs.1c13195
[71]	Hao, Q.; Zhao, C.; Sun, B.; Lu, C.; Liu, J.; Liu, M.; Wan, L.-J.; Wang, D. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 12152. doi: 10.1021/jacs.8b07120
[72]	Negahdary, M. Biosens. Bioelectron. 2020, 152, 112018.
[73]	Nur, Y.; Gaffar, S.; Hartati, Y. W.; Subroto, T. Sens. Biosensing Res. 2021, 32, 100416.
[74]	Hasan, M. R.; Ahommed, M. S.; Daizy, M.; Bacchu, M. S.; Ali, M. R.; Al-Mamun, M. R.; Saad Aly, M. A.; Khan, M. Z. H.; Hossain, S. I. Biosens. Bioelectron.: X. 2021, 8, 100075.
[75]	Lu, D.; Zhu, D. Z.; Gan, H.; Yao, Z.; Fu, Q.; Zhang, X. Sci. Total Environ. 2021, 777, 146239.
[76]	Filik, H.; Avan, A. A. Talanta 2019, 205, 120153.
[77]	Hashem, A.; Hossain, M. A. M.; Marlinda, A. R.; Mamun, M. A.; Simarani, K.; Johan, M. R. Appl. Surf. Sci. 2021, 4, 100064.
[78]	Nemiwal, M.; Zhang, T. C.; Kumar, D. Enzyme Microb. Technol. 2022, 156, 110006.
[79]	Yue, F.; Li, F.; Kong, Q.; Guo, Y.; Sun, X. Sci. Total Environ. 2021, 762, 143129.
[80]	Liang, H.; Wang, L.; Yang, Y.; Song, Y.; Wang, L. Biosens. Bioelectron. 2021, 193, 113553.
[81]	Feng, Y.; Xu, Y.; Liu, S.; Wu, D.; Su, Z.; Chen, G.; Liu, J.; Li, G. Coord. Chem. Rev. 2022, 459, 214414.
[82]	Cui, L.; Zhao, M.-H.; Zhang, C.-Y. Chin. J. Anal. Chem. 2020, 48, 817. (in Chinese)
	(崔琳, 赵敏惠, 张春阳, 分析化学, 2020, 48, 817.)
[83]	O’Donnell, A. D.; Salimi, S.; Hart, L. R.; Babra, T. S.; Greenland, B. W.; Hayes, W. React. Funct. Polym. 2022, 172, 105209.
[84]	Malathi, S.; Pakrudheen, I.; Kalkura, S. N.; Webster, T. J.; Balasubramanian, S. SI. 2022, 3, 100169.
[85]	Sun, Y.; Waterhouse, G. I. N.; Xu, L.; Qiao, X.; Xu, Z. Sens. Actuators B Chem. 2020, 321, 128501.
[86]	Chen, Y.; Xie, Y.; Sun, X.; Wang, Y.; Wang, Y. Sens. Actuators B Chem. 2021, 331, 129438.
[87]	Su, Y.; Wu, D.; Chen, J.; Chen, G.; Hu, N.; Wang, H.; Wang, P.; Han, H.; Li, G.; Wu, Y. Anal. Chem. 2019, 91, 11687. doi: 10.1021/acs.analchem.9b02233
[88]	Cui, W.-R.; Li, Y.-J.; Jiang, Q.-Q.; Wu, Q.; Luo, Q.-X.; Zhang, L.; Liang, R.-P.; Qiu, J.-D. Anal. Chem. 2021, 93, 16149. doi: 10.1021/acs.analchem.1c03907
[89]	Chen, J.-Q.; Zheng, Q.-Q.; Xiao, S.-J.; Zhang, L.; Liang, R.-P.; Ouyang, G.; Qiu, J.-D. Anal. Chem. 2022, 94, 2517. doi: 10.1021/acs.analchem.1c04406
[90]	Bhunia, S.; Das, S. K.; Jana, R.; Peter, S. C.; Bhattacharya, S.; Addicoat, M.; Bhaumik, A.; Pradhan, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 23843. doi: 10.1021/acsami.7b06968
[91]	Wang, M.; Pan, Y.; Wu, S.; Sun, Z.; Wang, L.; Yang, J.; Yin, Y.; Li, G. Biosens. Bioelectron. 2020, 169, 112638.
[92]	Wang, M.; Lin, Y.; Wu, S.; Deng, Y.; Zhang, Y.; Yang, J.; Li, G. Sens. Actuators B Chem. 2022, 362, 131813.
[93]	Liu, F.; Peng, J.; Lei, Y.-M.; Liu, R.-S.; Jin, L.; Liang, H.; Liu, H.-F.; Ma, S.-Y.; Zhang, X.-H.; Zhang, Y.-P.; Li, C.-P.; Zhao, H. Sens. Actuators B Chem. 2022, 362, 131807.
[94]	Liang, H.; Ning, G.; Wang, L.; Li, C.; Zheng, J.; Zeng, J.; Zhao, H.; Li, C.-P. ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 4593. doi: 10.1021/acsanm.1c00199
[95]	Liu, X.; Wang, F.; Meng, Y.; Zhao, L.; Shi, W.; Wang, X.; He, Z.; Chao, J.; Li, C. Biosens. Bioelectron. 2022, 207, 114208.
[96]	Liang, H.; Xu, H.; Zhao, Y.; Zheng, J.; Zhao, H.; Li, G.; Li, C.-P. Biosens. Bioelectron. 2019, 144, 111691.
[97]	Wang, M.; Zhu, L.; Zhang, S.; Lou, Y.; Zhao, S.; Tan, Q.; He, L.; Du, M. Sens. Actuators B Chem. 2021, 338, 129826.
[98]	Zhu, P.; Li, S.; Zhou, S.; Ren, N.; Ge, S.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Yu, J. Chem. Eng. J. 2021, 420, 127559.
[99]	Liu, X.; Hu, M.; Wang, M.; Song, Y.; Zhou, N.; He, L.; Zhang, Z. Biosens. Bioelectron. 2019, 123, 59. doi: 10.1016/j.bios.2018.09.089
[100]	Zhou, N.; Ma, Y.; Hu, B.; He, L.; Wang, S.; Zhang, Z.; Lu, S. Biosens. Bioelectron. 2019, 127, 92. doi: S0956-5663(18)30978-3 pmid: 30594079
[101]	Lu, S.; Wang, S.; Wu, P.; Wang, D.; Yi, J.; Li, L.; Ding, P.; Pan, H. Adv. Powder Technol. 2021, 32, 2106. doi: 10.1016/j.apt.2021.04.025
[102]	Wang, M.; Hu, M.; Liu, J.; Guo, C.; Peng, D.; Jia, Q.; He, L.; Zhang, Z.; Du, M. Biosens. Bioelectron. 2019, 132, 8. doi: 10.1016/j.bios.2019.02.040
[103]	Zhu, Q.-Q.; Zhang, W.-W.; Zhang, H.-W.; Yuan, R.; He, H. J. Mater. Chem. C 2020, 8, 16984. doi: 10.1039/D0TC04202A
[104]	Zhao, H.; Xie, W.; Zhang, R.-L.; Wang, X.-D.; Liu, H.-F.; Li, J.; Sha, T.; Guo, X.-S.; Li, J.; Sun, Q.-M.; Zhang, Y.-P.; Li, C.-P. Talanta 2022, 237, 122896.
[105]	Pang, Y.-H.; Guo, L.-L.; Shen, X.-F.; Yang, N.-C.; Yang, C. Electrochim. Acta 2020, 341, 136055.
[106]	Guo, L.-L.; Wang, Y.-Y.; Pang, Y.-H.; Shen, X.-F.; Yang, N.-C.; Ma, Y.; Zhang, Y. J. Electroanal. Chem. 2021, 881, 114931.
[107]	Malode, S.; Shetti, N. Biosens. Bioelectron. 2022, 12, 100250.
[108]	Blaser, M. J.; Melby, M. K.; Lock, M.; Nichter, M. BioEssays 2021, 43, 2000163.
[109]	Koutsoumanis, K.; Allende, A.; Álvarez-Ordóñez, A.; Bolton, D.; Bover-Cid, S.; Chemaly, M.; Davies, R.; De Cesare, A.; Herman, L.; Hilbert, F.; Lindqvist, R.; Nauta, M.; Ru, G.; Simmons, M.; Skandamis, P.; Suffredini, E.; Argüello, H.; Berendonk, T.; Cavaco, L. M.; Gaze, W.; Schmitt, H.; Topp, E.; Guerra, B.; Liébana, E.; Stella, P.; Peixe, L. EFSA J. 2021, 19, e06651.
[110]	Liguori, J.; Trübswasser, U.; Pradeilles, R.; Le Port, A.; Landais, E.; Talsma, E. F.; Lundy, M.; Béné, C.; Bricas, N.; Laar, A.; Amiot, M. J.; Brouwer, I. D.; Holdsworth, M. Glob. Food Sec. 2022, 32, 100606.
[111]	Cheng, W.; Tang, X.; Zhang, Y.; Wu, D.; Yang, W. Trends Food Sci. Technol. 2021, 112, 268. doi: 10.1016/j.tifs.2021.04.004

缩聚反应	合成COFs的优点	合成COFs的缺点
硼酸聚合反应	低密度、高表面积	环硼氧烷和硼酸酯易水解和氧化
三嗪聚合反应	高Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积、高热稳定性和化学稳定性	结晶度较低
亚胺键形成反应	对水的高稳定性、大量的醛和胺接头、易构建共轭π键系统	反应条件要求较高

缩聚反应	合成COFs的优点	合成COFs的缺点
硼酸聚合反应	低密度、高表面积	环硼氧烷和硼酸酯易水解和氧化
三嗪聚合反应	高Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积、高热稳定性和化学稳定性	结晶度较低
亚胺键形成反应	对水的高稳定性、大量的醛和胺接头、易构建共轭π键系统	反应条件要求较高

合成方法		能量来源/传输媒介	反应条件	优点	缺点
热能传导法	溶剂热法	有机溶剂	高温高压、真空	COFs产量相对较高; 优化的反应时间 (IL离子热法、盐介导结晶法)	苛刻的反应条件 (除IL离子热法外)
	离子热法	熔盐/离子液体(IL)	高温高压、真空
	盐介导结晶法	有机陶土	高温
	直热法	无媒介	高温
机械能传导法	机械化学法	机械研磨	常温常压	高反应速率; 无溶剂或少溶剂条件 (机械化学法)	较低的产物表面积、结晶度与孔隙率
机械能传导法	声化学法	声振动	常温常压	高反应速率; 无溶剂或少溶剂条件 (机械化学法)	较低的产物表面积、结晶度与孔隙率
电磁波能传导法	微波法	微波	适中的温度条件	极高的反应速率	较低的产物表面积
电磁波能传导法	光化学法	光照	适中的温度条件	极高的反应速率	较低的产物表面积
自反应能法	室温合成法	无额外能量	常温常压	简易的合成步骤; 较快的反应时间	较低的产量
自反应能法	界面合成法	无额外能量	常温常压	简易的合成步骤; 较快的反应时间	较低的产量

合成方法		能量来源/传输媒介	反应条件	优点	缺点
热能传导法	溶剂热法	有机溶剂	高温高压、真空	COFs产量相对较高; 优化的反应时间 (IL离子热法、盐介导结晶法)	苛刻的反应条件 (除IL离子热法外)
	离子热法	熔盐/离子液体(IL)	高温高压、真空
	盐介导结晶法	有机陶土	高温
	直热法	无媒介	高温
机械能传导法	机械化学法	机械研磨	常温常压	高反应速率; 无溶剂或少溶剂条件 (机械化学法)	较低的产物表面积、结晶度与孔隙率
机械能传导法	声化学法	声振动	常温常压	高反应速率; 无溶剂或少溶剂条件 (机械化学法)	较低的产物表面积、结晶度与孔隙率
电磁波能传导法	微波法	微波	适中的温度条件	极高的反应速率	较低的产物表面积
电磁波能传导法	光化学法	光照	适中的温度条件	极高的反应速率	较低的产物表面积
自反应能法	室温合成法	无额外能量	常温常压	简易的合成步骤; 较快的反应时间	较低的产量
自反应能法	界面合成法	无额外能量	常温常压	简易的合成步骤; 较快的反应时间	较低的产量

应用	检测基质	待测物质	COF合成方法	传感方法	参考文献
CRC^a标志物检测	血清样品	CRC衍生外泌体	室温合成法	酶传感器	[91]
NSCLC^b标志物检测	血清样品	PD-L1⁺外泌体^e	溶剂热法	适体传感器	[92]
NSCLC标志物检测	血清样品	ctDNA EGFR L858R	溶剂热法	适体传感器	[93]
早期妊娠、癌症标志物检测	血清样品	人绒毛膜促性腺激素(HCG)	溶剂热法	免疫传感器	[94]
PCC^c标志物检测	外周血样品	PCC-CTC^f	室温合成法	纳米酶/比色传感器	[95]
PCa^d标志物检测	血清样品	前列腺特异性抗原(PSA)	溶剂热法	免疫传感器	[96]
癌症标志物检测	细胞培养液	NO	溶剂热法	纳米酶传感器	[97]
癌症标志物检测	细胞培养液	NO	溶剂热法	纳米酶传感器	[98]
抗生素测定	血清、河水、牛奶样品	氨苄青霉素(AMP)	熔盐离子热法	适体传感器	[99]
抗生素测定	尿液、废水、牛奶样品	土霉素(OTC)	室温合成法	适体传感器	[100]
抗生素测定	饮用水、牛奶样品	恩诺沙星(ENR)	声化学法	纳米酶传感器	[101]
抗生素测定	血清样品	ENR、AMP	溶剂热法	适体传感器	[102]
抗生素测定	血清、尿液、牛奶样品	环丙沙星(CIP)	溶剂热法	适体传感器	[103]
农药残留检测	肉制品样品	呋喃唑酮	声化学法	纳米酶传感器	[85]
食品添加剂检测	食用油样品	叔丁基对苯二酚(TBHQ)	溶剂热法	纳米酶传感器	[86]
食品病毒检测	牡蛎、草莓、粪便样品	人类诺如病毒(HuNoV)	溶剂热法	适体传感器	[104]
食品毒素检测	牛奶样品	黄曲霉毒素M1 (AFM1)	室温合成法	适体传感器	[105]
食品毒素检测	牛奶样品	AFM1	溶剂热法	纳米酶传感器	[106]

基于共价有机框架的电化学生物传感器在生物样品检测中的应用

Application of Covalent Organic Framework-Based Electrochemical Biosensors in Biological Sample Detection

RichHTML

PDF

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Fig. & Tab. 7

References 111

Related Articles 15

Recommended Articles

Metrics

Comments

[1]	Jianchuan Liu, Cuiyan Li, Yaozu Liu, Yujie Wang, Qianrong Fang. Highly-Stable Two-Dimensional Bicarbazole-based sp²-Carbon-conjugated Covalent Organic Framework for Efficient Electrocatalytic Oxygen Reduction^★ [J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(8): 884-890.
[2]	Chaofan Ma, Wei Xu, Wei Liu, Changhui Xu, Jingjie Sha. Proactive Manipulation Techniques for Protein Transport at Confined Nanoscale [J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(7): 857-868.
[3]	Ziyu Zhu, Axin Liang, Ruilin Haotian, Shanshan Tang, Miao Liu, Bingteng Xie, Aiqin Luo. Application of Biosensors in the Detection of SARS-CoV-2 [J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(3): 253-263.
[4]	Junchang Chen, Mingxing Zhang, Shuao Wang. Research Progress of Synthesis Methods for Crystalline Porous Materials [J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(2): 146-157.
[5]	Huarun Liang, Haoxuan Ma, Xinrong Duan, Jie Yu, Haomin Wang, Shuo Li, Mengjia Zhu, Aibing Chen, Hui Zheng, Yingying Zhang. Flexible Electrochemical Sensors and Their Applications in Noninvasive Medical Detection^★ [J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(10): 1402-1419.
[6]	Xu Yan, Hemi Qu, Ye Chang, Xuexin Duan. Application of Metal-Organic Frameworks in Gas Pre-concentration, Pre-separation and Detection [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(8): 1183-1202.
[7]	Lixuan Liu, Yang Yang, Zhixiang Wei. Chiral Organic Optoelectronic Materials and Circularly Polarized Light Luminescence and Detection [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(7): 970-992.
[8]	Fen Zhang, Xiaoqi Li, Shiguo Han, Fafa Wu, Xitao Liu, Zhihua Sun, Junhua Luo. Bulk Single Crystal Growth of a Two-Dimensional Halide Perovskite Ferroelectric for Highly Polarized-Sensitive Photodetection^※ [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(3): 237-243.
[9]	Xiaohan Yu, Wei Huang, Yanguang Li. Controllable Synthesis and Photocatalytic Applications of Two-dimensional Covalent Organic Frameworks [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(11): 1494-1506.
[10]	Zitao Wang, Yaozu Liu, Yujie Wang, Qianrong Fang. A New Covalent Organic Framework Modified with Sulfonic Acid for CO₂ Uptake and Selective Dye Adsorption [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(1): 37-43.
[11]	Xu Yang, Zeying Zhang, Meng Su, Yanlin Song. Research Progress on Nano Photonics Technology-based SARS-CoV-2 Detection^※ [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(1): 80-88.
[12]	Yao Shi, Qianfeng Xia, Zhengqing He, Huangxian Ju. Biosensing Technology for Dengue Virus Detection [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(1): 69-79.
[13]	Xia Zheng, Jianting Liu, Zhang Liu, Jianjun Wang. Bio-inspired Ice-controlling Materials for Cryopreservation of Cells and Tissues [J]. Acta Chimica Sinica, 2021, 79(6): 729-741.
[14]	Chen-chen Li, Hui-yan Chen, Yue-hong Dong, Xiliang Luo, Juan Hu, Chun-yang Zhang. Advances in Detection of Epigenetic Modification—5-Hydroxymethylcytosine [J]. Acta Chimica Sinica, 2021, 79(5): 614-627.
[15]	Hui He, Lingli Zhou, Zhen Liu. Advances in Protein Biomarker Assay via the Combination of Molecular Imprinting and Surface-enhanced Raman Scattering [J]. Acta Chimica Sinica, 2021, 79(1): 45-57.