固體所在富缺陷MnOx納米帶的穀胱甘肽檢測研究方麵取得新進展

近期 ，中科院合肥物質院固體所納米材料與器件技術研究部液相激光加工與製備團隊在富缺陷MnOx納米帶的高類酶活性探究以及穀胱甘肽檢測方麵取得新進展 ，相關研究成果以“Laser-generated defect-rich MnOx nanobelts with high oxidase mimic activity for glutathione detection”為題發表在Sensors and Actuators: B. Chemical ( Sensor. Actuat B Chem., 383,133595(2023))上 。      在已報道的納米酶中 ，類氧化酶和類過氧化物酶可以催化產生活性氧 ，導致顯色底物被氧化變色 。基於還原性生物標誌物對底物氧化的抑製 ，可以實現對生物標誌物的定量檢測 。與類過氧化物酶相比 ，類氧化酶不需要添加非穩定的H2O2作為共底物 ，減少了不可避免的測試誤差 ，因此 ，類氧化酶在生物標誌物檢測中具有獨特的優勢 。近年來 ，各種錳氧化物被廣泛研究並被證明具有類氧化酶活性 ，但低底物親和力和未暴露的活性位點仍然是限製其類氧化酶活性的主要因素 。

形貌結構設計是提高材料類酶催化活性的主要途徑 。其中 ，構建特殊的納米結構（納米片 、多孔或空心結構等）可以有效增加材料的活性位點 ，結構缺陷可以調節納米材料的吸附能或壓縮/拉伸應變 ，二者均對催化過程有明顯促進的作用 。然而 ，同時調控金屬氧化物納米結構和缺陷通常涉及非常複雜的合成過程 ，並且傳統方法引入缺陷所需的高溫氣氛可能與納米結構設計相衝突 。

為此 ，研究人員利用液相激光輻照技術 ，成功地製備了富氧空位的MnOx納米帶 ，並驗證了其具有超薄納米結構且無明顯團聚 。穩態反應動力學測試結果顯示 ，MnOx納米帶不僅對顯色底物3,3,5,5-四甲基聯苯胺（TMB）具有優異的親和力（Km = 0.0087 mM） ，且展現出超高的類氧化酶催化速率（Vmax = 6.04 × 10-7 M-1s-1） 。結合理論計算結果 ，研究人員分析認為MnOx納米帶作為類氧化酶的高活性主要是源於三個方麵 ：（1）由[MnO6]單元形成的負電荷層有助於吸附帶正電的TMB ；（2）超薄層狀結構會導致更多活性位點的暴露 ；（3）激光誘導的氧空位可以有效降低氧氣吸附能 。此外 ，在0.5-30 μM濃度範圍內 ，基於MnOx納米帶/TMB的檢測係統對穀胱甘肽表現出線性響應 ，檢測限為47.8 nM 。該工作展現了MnOx納米帶在生物傳感領域的應用潛力 ，也為利用液相激光製備技術構建高活性納米酶提供了新思路 。

文章鏈接 ：

上述工作得到了國家自然科學基金 、合肥微尺度物質科學國家研究中心開放課題、安徽省重點開發計劃等的支持 。

圖1. MnOx納米帶的合成機製示意圖 。

圖2. （a）MnOx納米帶/Mn3O4納米顆粒的Michaelis-Menten動力學分析 ；（b）有/無氧空位的MnOx納米帶的O2吸附能 ；（c）MnOx納米帶的類氧化酶活性機製 。