北理工團隊在熱激活納米酶構建及生物檢測取得重要研究進展
發布日期：2023-04-27 供稿：生命學院 攝影：生命學院
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近日，北京理工大學生命學院綠色生物制造團隊在基于納米酶構建生物小分子檢測系統方面取得重要進展，相關成果以“Fabrication of Adjustable Au/Carbon Hybrid Nanozymes with Photothermally Enhanced Peroxidase Activity and Ultra-sensitivity for Glutathione Detection”為題發表在TOP期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，北京理工大學生命學院博士生陳欣妍為第一作者，孫劍教授為通訊作者，北京理工大學生命學院為第一通訊單位。
天然酶在實際應用中存在許多局限性，如使用成本高，穩定性低，回收和再利用困難等。針對上述問題，綠色生物制造團隊前期分別在固定化酶和納米酶等方面進行了探索，相關技術可應用于谷胱甘肽、腎上腺素等生物分子檢測及不同酚類物質的催化降解。例如，1）采用磁性納米材料或聚合離子液體為載體共價固定漆酶，提高酶穩定性和催化性能，應用于水中酚類污染物的去除和木質素降解（Chinese Journal of Chemical Engineering, 2020, 28, 2152; Molecules, 2023, 28, 2569）；2）基于離子液體微環境調控，制備了一種基于牛血清白蛋白（BSA）和硫酸銅（CuSO4）自組裝的新型小尺寸模擬納米酶，構建了比天然漆酶更加靈敏的腎上腺素檢測系統（Journal of Molecular Liquids, 2022, 368, 120197）；3）模擬天然漆酶活性位點結構，以N-甲基咪唑為配體，通過簡便自主裝策略合成了Cu-MIM漆酶納米酶，構建了一種通過智能手機靈敏檢測苯酚濃度的方法（Molecules,2022, 27, 4712）。
在提高納米酶的功能和檢測靈敏性方面，團隊探索了將金納米材料與碳材料進行有機結合，以克服納米金顆粒固有的分散性和熱穩定性差等缺陷。采用在空心碳納米球（HCNs）上原位還原氯金酸的方法，調節和優化制備工藝，獲得了一系列具有高度分散金納米粒子的芝麻球狀CAu（sCAu）和異形的CAu（dCAu）（圖1）納米酶。系統地研究了負載金納米粒子的數量和形態，吸收光譜和CAu納米酶的親疏水性對催化活性的影響。由于熱激活特性，在近紅外激光照射下，該納米酶可實現光熱促進的過氧化物酶樣活性。基于高效類過氧化物酶活性的sCAu0.3納米酶，構建了谷胱甘肽比色檢測系統，實現了人體血液樣本中谷胱甘肽的靈敏檢測。該工作為CAu納米酶的設計和功能調控提供了研究思路和方案，使得納米酶能夠更好的應用于生物分子檢測和生物醫學領域。
圖1.芝麻球狀（sCAu）和異形（dCAu）納米酶及比色法檢測谷胱甘肽原理示意圖
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c02420
附團隊簡介：
綠色生物制造團隊圍繞國家“雙碳”和可持續發展戰略需求，注重化學、生物、化工、材料等多學科交叉融合，開展功能化離子液體基礎及應用研究，具體方向包括功能化離子液體設計及微環境作用，生物基化學品和材料合成，光、電、熱、生物等過程耦合，以及仿生功能器件構建等。團隊現有骨干教師3人，負責人為孫劍教授，北京理工大學特立青年學者，中國纖維素行業協會技術委員會副主任，中國化工學會離子液體專委會委員、精細化工專委會委員，中國膜工業協會醫藥生物用膜技術委員會委員，Green Energy Resour. 編委，Energy Environ. Mater., Chinese J. Chem. Eng., Green Chem. Eng.等青年編委，長期從事基于離子液體的綠色過程研究。團隊成員閻繼鵬副教授，長期從事生物質的高效綠色轉化，生物基材料及化學品的開發與利用，曾多次榮獲美國勞倫斯伯克利實驗室突出貢獻獎；團隊成員趙偉東助理教授，長期從事新型生物傳感器的研究，開發了多種新型SERS基底，實現了SERS基底的規模化和圖案化制備。
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