近日，北京理工大学生命学院绿色生物制造团队在基于纳米酶构建生物小分子检测系统方面取得重要进展，相关成果以“Fabrication of Adjustable Au/Carbon Hybrid Nanozymes with Photothermally Enhanced Peroxidase Activity and Ultra-sensitivity for Glutathione Detection”为题发表在TOP期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，北京理工大学生命学院博士生陈欣妍为第一作者，孙剑教授为通讯作者，北京理工大学生命学院为第一通讯单位。
天然酶在实际应用中存在许多局限性，如使用成本高，稳定性低，回收和再利用困难等。针对上述问题，绿色生物制造团队前期分别在固定化酶和纳米酶等方面进行了探索，相关技术可应用于谷胱甘肽、肾上腺素等生物分子检测及不同酚类物质的催化降解。例如，1）采用磁性纳米材料或聚合离子液体为载体共价固定漆酶，提高酶稳定性和催化性能，应用于水中酚类污染物的去除和木质素降解（Chinese Journal of Chemical Engineering, 2020, 28, 2152; Molecules, 2023, 28, 2569）；2）基于离子液体微环境调控，制备了一种基于牛血清白蛋白（BSA）和硫酸铜（CuSO4）自组装的新型小尺寸模拟纳米酶，构建了比天然漆酶更加灵敏的肾上腺素检测系统（Journal of Molecular Liquids, 2022, 368, 120197）；3）模拟天然漆酶活性位点结构，以N-甲基咪唑为配体，通过简便自主装策略合成了Cu-MIM漆酶纳米酶，构建了一种通过智能手机灵敏检测苯酚浓度的方法（Molecules,2022, 27, 4712）。
在提高纳米酶的功能和检测灵敏性方面，团队探索了将金纳米材料与碳材料进行有机结合，以克服纳米金颗粒固有的分散性和热稳定性差等缺陷。采用在空心碳纳米球（HCNs）上原位还原氯金酸的方法，调节和优化制备工艺，获得了一系列具有高度分散金纳米粒子的芝麻球状CAu（sCAu）和异形的CAu（dCAu）（图1）纳米酶。系统地研究了负载金纳米粒子的数量和形态，吸收光谱和CAu纳米酶的亲疏水性对催化活性的影响。由于热激活特性，在近红外激光照射下，该纳米酶可实现光热促进的过氧化物酶样活性。基于高效类过氧化物酶活性的sCAu0.3纳米酶，构建了谷胱甘肽比色检测系统，实现了人体血液样本中谷胱甘肽的灵敏检测。该工作为CAu纳米酶的设计和功能调控提供了研究思路和方案，使得纳米酶能够更好的应用于生物分子检测和生物医学领域。
图1.芝麻球状（sCAu）和异形（dCAu）纳米酶及比色法检测谷胱甘肽原理示意图
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c02420
附团队简介：
绿色生物制造团队围绕国家“双碳”和可持续发展战略需求，注重化学、生物、化工、材料等多学科交叉融合，开展功能化离子液体基础及应用研究，具体方向包括功能化离子液体设计及微环境作用，生物基化学品和材料合成，光、电、热、生物等过程耦合，以及仿生功能器件构建等。团队现有骨干教师3人，负责人为孙剑教授，北京理工大学特立青年学者，中国纤维素行业协会技术委员会副主任，中国化工学会离子液体专委会委员、精细化工专委会委员，中国膜工业协会医药生物用膜技术委员会委员，Green Energy Resour. 编委，Energy Environ. Mater., Chinese J. Chem. Eng., Green Chem. Eng.等青年编委，长期从事基于离子液体的绿色过程研究。团队成员阎继鹏副教授，长期从事生物质的高效绿色转化，生物基材料及化学品的开发与利用，曾多次荣获美国劳伦斯伯克利实验室突出贡献奖；团队成员赵伟东助理教授，长期从事新型生物传感器的研究，开发了多种新型SERS基底，实现了SERS基底的规模化和图案化制备。
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