利用MOFs限域效应调控仿生纳米酶的类过氧化物酶活性用于多种生物传感平台的构建

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与天然酶相比，纳米酶通过模拟天然酶活性位点的结构，在催化活性和稳定性方面都优于天然酶，成本低、在非生理环境下稳定性高等优点使其在许多领域都有广阔的应用前景。由氨基酸或蛋白质与活性小分子通过共组装作用制备仿生纳米酶为设计新型的纳米酶提供了一种可行的策略。目前，尽管部分性能良好的仿生纳米酶已被报道，但合理调控仿生纳米酶使其具有更高的催化活性仍然是一个巨大的挑战。
金属有机框架材料（MOFs）是由金属中心和有机配体组装而成的一种有机-无机杂化材料，具有可变的多孔网络结构和超高的比表面积，在蛋白质保护和生物催化尤其是纳米酶活性调控方面展现出良好的应用前景。

图1. 利用MOFs限域效应调控仿生纳米酶的类过氧化物酶活性用于多种生物传感平台的构建。图片来源：Anal. Chem.

近日，江苏大学张祯教授（点击查看介绍）团队在其前期研究基础上，受天然酶HRP活性结构的启发提出了一种基于MOFs限域效应的新型仿生纳米酶合成策略。该策略通过将氯化血红素/牛血清白蛋白（BSA）共组装体封装在沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-8）中，利用ZIF-8的限域效应实现对类过氧化物酶活性的可控调节。得益于ZIF-8的限域效应，ZIF-8的多孔结构可以将反应底物限制在其内腔中，加速反应底物在其内部的循环反应，显著提高其类过氧化物酶活性；同时，ZIF-8自身的刚性结构通过快速结晶在Hemin@BSA周围形成保护壳，有效防止其在非生理环境中（如高温、强酸、强碱、有机溶剂等）的分解或失活。利用Hemin@BSA@ZIF-8的优异类过氧化物酶活性，作者成功地构建了多种生物分析平台用于H2O2、葡萄糖和环境中双酚A（BPA）等小分子物质的超灵敏检测。Hemin@BSA@ZIF-8良好的分析性能表明，使用ZIF-8封装Hemin@BSA为提高仿生纳米酶的类过氧化物酶活性和稳定性提供了一种可行的设计策略，拓宽了金属有机框架材料（MOFs）在生物催化领域的应用范围。

图2. Hemin@BSA@ZIF-8的类过氧化物酶活性。图片来源：Anal. Chem.
该项研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为江苏大学环境与安全工程学院博士研究生朱暖飞和同济大学环境科学与工程学院刘成斌老师，江苏大学环境与安全工程学院张祯教授为通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金面上项目等项目的资助支持。