中科大吴宇恩等Small:单原子铁纳米酶超灵敏检测葡萄糖

图1  (a)制备Fe SSN的示意图。(b)基于单原子铁纳米酶的溶液比色法检测葡萄糖。(c)基于单原子铁纳米酶的琼脂糖水凝胶比色法检测葡萄糖。

纳米酶因其成本低、稳定性高、易规模化制备等优点,逐渐成为天然酶的潜在替代品,并在各个领域引起了极大的关注。然而,与天然酶相比,大部分纳米酶元素成分不均一且具有多种晶体结构和表面构型,通常显示出较低的活性和较差的特异性,这严重阻碍了纳米酶的实际应用。为了应对这些挑战,科学家们提出了尺寸减小、表面改性、结构调整和成分优化等策略来优化纳米酶,但仍远未令人满意。例如,纳米颗粒的尺寸减小总是导致表面自由能的增加,导致严重的聚集和活性的快速丧失。纳米酶的表面修饰可能会屏蔽表面上的某些活性位点,从而导致较低的原子利用率。

针对这个问题,中国科学技术大学吴宇恩教授、熊灿等通过牺牲载体的策略制备了自支撑的新型单原子铁纳米酶(Fe SSN)。Fe SSN具有明确的配位结构和高密度活性位点,在过氧化物酶反应中可以和H2O2生成羟基自由基(•OH),从而表现出优异的过氧化物酶活性。利用Fe SSN-葡萄糖氧化酶(GOx)生物级联催化体系在溶液中成功实现了高灵敏度和选择性的葡萄糖比色检测。为了缩短检测时间、简化测试流程,作者将所有生物传感成分(TMB,GOx和Fe SSN)嵌入到琼脂糖水凝胶中,制造出一种简单,灵敏且低成本的比色生物传感器。事实证明,该传感器实现了葡萄糖的可视化评估和快速定量检测。该研究利用单原子技术有效地提高了纳米酶活性,对纳米酶的发展具有重要意义,同时也将开发基于单原子纳米酶的生物传感器引入了新的视野,而且为实现血糖即时检测提供了可行性。

该工作得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助,在线发表在Small(DOI:10.1002/smll.202002343)上。