Small:氧空位的引入显著提高氧化钼的亚硫酸盐氧化酶活性并用于维生素B1的检测

亚硫酸盐氧化酶作为一种以钼元素为活性中心的生物酶主要位于肝脏或肾脏细胞的线粒体中,在蛋白质和脂质代谢期间将亚硫酸盐转化为硫酸盐,对于细胞的解毒过程至关重要。亚硫酸盐氧化酶功能性的缺失,会造成亚硫酸盐的过度堆积,进而损害神经,脑系统等,引发致死性遗传疾病等病状。然而受限于天然亚硫酸盐氧化酶较高的生产及加工(提取,纯化)成本以及较差的稳定性,目前针对这一问题研究也主要集中于提高亚硫酸盐氧化钼的成本效益以及开发廉价的类酶替代物。近年来,研究表明具有类酶活性位点的氧化钼颗粒可以化学诱导亚硫酸盐氧化酶击倒细胞恢复酶活性,使氧化钼纳米粒子为亚硫酸盐氧化酶的研究和应用开辟了新的途径。

中山大学材料科学与工程学院杨国伟研究组陈园博士针对此问题利用富含氧空位的氧化钼纳米颗粒模型进行了一些探讨:通过引入大量氧空位,提高了氧化钼颗粒对于亚硫酸盐的捕获性,进而显著增强了其亚硫酸盐氧化酶的活性。相关结果以“Oxygen Vacancy‐Engineered PEGylated MoO3−x Nanoparticles with Superior Sulfite Oxidase Mimetic Activity for Vitamin B1 Detection”为题,在线发表在Small(DOI: org/10.1002/smll.201903153)上。

酶促反应通常发生在材料表面或界面,具有高活性的表面结构有利于对酶作用底物的捕获,进而提升其模拟酶的活性。该研究团队通过聚乙二醇(PEG)化水热法合成了表面富含大量氧空位的氧化钼纳米颗粒(P-MoO3-x NPs)。这些颗粒与符合化学计量比的氧化钼(MoO3)相比,其亚硫酸盐氧化酶活性显著提高,室温下为MoO3的12倍。这样显著的活性主要归结于P-MoO3-x NPs具有较高的比表面积以及亲水表面,有利于氧气在材料表面的扩散,同时亲水表面结构也有助于颗粒在溶液中的流动。更为重要的是氧空位以及由于氧空位的引入而在P-MoO3-x NPs表面所形成的多价态钼离子(Mo6+,Mo5+,Mo4+)作为催化热点不仅有利于对亚硫酸盐的捕获,同时可进一步将其活化,增强了酶对底物的亲和力。基于P-MoO3-x NPs的显色反应以及维生素B1对其亚硫酸盐氧化酶活性的削弱作用,该研究团队还构建了一个高效的维生素B1检测平台。测试表明,该平台最低检测限为0.46 μg mL-1,呈现了较高的灵敏性。研究者相信,此项发现将会为深入研究具有亚硫酸盐氧化酶活性的纳米材料提供了新的思路,同时也为亚硫酸盐氧化酶在生物检测上的应用开辟了新的途径。