以下文章来源于纳米酶 Nanozymes ，作者纳米酶Nanozymes
类过氧化物酶材料因其吸引人的优点而被广泛应用于构建多酶级联系统。然而，目前几乎所有被研究的纳米酶仅在酸性条件下才表现出优异的催化能力。但是，酸性环境中的过氧化物酶模拟物与中性条件下的生物酶之间存在pH不匹配性，限制了天然酶-纳米酶级联催化体系的发展，尤其在生化传感方面。为解决上述问题，江苏大学/南华大学牛湘衡团队探索了在中性 pH 条件下具有高过氧化物酶活性的无定形含铁磷钨酸盐 (Fe-PTs)，并制备了用于农残检测的便携式多酶生物传感器。带负电 Fe-PTs对带正电底物的强吸引力以及 Fe/W双金属氧化还原电对加速Fe2+的再生被证明在生理环境中赋予该材料优异的类过氧化物酶活性。将开发的Fe-PTs与乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶相结合，研究者构建了一种在中性条件下具有良好催化效率的天然酶-纳米酶串联催化平台，用于有机磷农药传感。此外，将它们固定在普通医用拭子上，设计了一种基于智能手机的便携式传感器。该工作不仅扩大了在中性pH条件下获得类过氧化物酶活性纳米酶材料的范畴，也为构建便携式农残和其他分析物传感器开辟了道路。
图1. 本工作农残检测示意图（摘自Anal. Chem., 2023, 95,
4776-4785）
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1、Fe-PTs的制备与表征
图2A显示了Fe-PTs通过一锅水热法合成。通过XRD、SEM和TEM（图2B-2E）证明了所制备的Fe-PTs由多个小颗粒组成不规则形状，缺乏长程有序结构，制备的Fe-PTs是无定形的非晶结构。XPS结果（图3F-3I）表明，水热过程中Fe3+与聚阴离子[PW12O40 ]3–团簇充分结合形成该无定形的Fe-PTs。
图2. Fe-PTs的制备与表征（摘自Anal. Chem., 2023, 95,
4776-4785）
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2、Fe-PTs类酶催化活性研究
图3. Fe-PTs类酶催化活性研究（摘自Anal. Chem., 2023, 95,
4776-4785）
以TMB为底物研究了Fe-PTs的类过氧化物酶催化活性，如图3A所示，Fe-PTs在中性环境中具有一定的类过氧化物酶催化活性，由于oxTMB和Fe-PTs之间的相互作用，oxTMB的最大吸收峰偏移至622 nm。图3B显示Fe-PTs的类酶活性具有独特的pH响应行为。研制的Fe-PTs可以成为在中性条件下级联反应中替代天然过氧化物酶的理想候选物。通过测量不同pH值下的ζ电位以及对Fe-PTs活性中心的分析（图3C和图3E），推测Fe-PTs对正电底物的静电吸引作用与Fe/W双金属氧化还原电对促进活性Fe2+的再生发生协同作用，导致Fe-PTs在中性条件下具有优异的类过氧化物酶活性, 能够有效地在中性条件下催化H2O2产生羟基自由基（图3D、图3F和图3G）。通过稳态动力学实验进一步研究了Fe-PTs在pH 7.0下的催化行为（图3H和图3I）。
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3、中性条件下Fe-PTs用于OPs检测
的可行性验证
图4. Fe-PTs对农残的响应机理及检测性能评价
（摘自Anal. Chem., 2023, 95, 4776-4785）
受Fe-PTs 在生理条件下优异的类过氧化物酶活性的启发，其可在多酶级联反应中替代辣根过氧化物酶（HRP）。鉴于AChE和ChO的最佳工作pH为7.0–8.5，本工作设计了包含AChE、ChO和Fe-PTs的三酶系统用于OPs检测。如图4A所示，三酶级联系统可以在不调整溶液pH值情况下产生蓝色oxTMB。当OPs加入催化体系后，AChE的活性受到抑制。因此，该级联系统被抑制，Fe-PTs催化的显色反应也被中断。因此，可以在中性条件下基于多酶级联系统实现OPs检测。图4E验证了该多酶级联系统检测有机磷农残的可行性。
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4、用于OPs检测的智能手机辅助
测试拭子
图5. 智能手机辅助检测拭子检测对氧磷（摘自Anal. Chem.,
2023, 95, 4776-4785）
基于以上结果，研究者进一步制作了一种便携式测试拭子，借助智能手机传感进行OPs测定（图5A）。如图5B所示，整个检测过程由三部分组成：将测试拭子加入到样品溶液中；添加ACh后，天然酶-纳米酶串联反应被触发；通过内置APP的智能手机采集并分析测试拭子的颜色信息，获取OPs的含量。当添加不同浓度的对氧磷时，测试拭子显示的蓝色随对氧磷的增加而逐渐减少（图5 C）。因此，该测试拭子可以通过肉眼直接快速识别对氧磷的含量。此外，测试拭子的灰度值变化与对氧磷浓度密切相关（图5D和5E）。由于Fe-PTs在中性pH下出色的催化活性和测试拭子的集成设计，该检测系统显示出良好的现场可操作性，可以用于OPs的快速便捷现场检测。
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结论：
综上所述，本工作开发了一种在中性 pH 值下具有高类过氧化物酶催化活性的新型纳米酶（无定形含铁磷钨酸盐，Fe-PTs），并在智能手机传感的帮助下制造了用于 OPs 检测的便携式多酶测试拭子。带负电的Fe-PTs 对带正电底物的强烈吸引性以及Fe/W双金属氧化还原电对加速Fe2+的再生被证明赋予该材料在生理条件下良好的类过氧化物酶活性。因此，将Fe-PTs与AChE和ChO结合，构建了一种天然酶-纳米酶级联催化平台，在中性 pH 条件下具有良好的催化效率，用于对氧磷的高性能检测。该工作不仅为设计在生理条件下具有高催化活性的类过氧化物纳米酶提供了新见解，也为构建用于现场检测的便携式多酶级联传感器提供了一种解决方案。
转自：“NANO学术”微信公众号
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