Anal. Chem. | 紫外介导的酶活性逆转策略调控纳米酶用于检测和消除细菌

近年来，基于纳米酶的生物传感在各个领域都受到了广泛的关注。然而，大多数具备过氧化物酶活性的纳米酶在酸性环境表现出优异的酶活性，在中性或碱性环境下急剧衰减，这对纳米酶更广泛的应用构成了实质性的挑战。目前已有杂原子掺杂、微环境调控、活性位点设计等多种方法被报道用于优化纳米酶在中性pH下的类酶活性，但这些方法对材料要求较高且流程颇为复杂。光照射作为一种外部刺激方式，能够增强催化性能，在光催化领域具有简便高效的优势。因此，受其启发，开发一种基于光照的简便策略调控纳米酶在中性或弱碱性下的酶活性，对其实际应用具有重要科学意义。
基于此，扬州大学化学化工学院杨占军教授、李娟教授团队和苏北人民医院检验科任传利主任团队提出了一种紫外介导的酶活性逆转策略，成功使Fe3O4/CDs纳米酶在中性/弱碱性环境中恢复优异的类过氧化物酶活性，并对其机制进行了详细研究。以大肠杆菌作为概念验证，构建了一种基于Fe3O4/CDs纳米酶的高效化学发光成像免疫传感器，实现了细菌的高灵敏检测与高效消杀双重目标（图1）。本研究提供了一种创新且简便的策略，打破了纳米酶在生物传感与抗菌应用中的pH瓶颈。研究工作以“UV-Mediated Enzyme-Like Activity Reversal Strategy To Regulate Nanozymes for Detection and Elimination of Bacteria”为题发表在Analytical Chemistry。扬州大学化学化工学学院为第一通讯单位，化学化工学院硕士生彭茂盈为论文第一作者，博士生朱海兵以及遵义医科大学药学院石凤为共同第一作者。图1 （A）Fe3O4/CDs纳米酶的制备示意图；（B）紫外介导的酶活性逆转策略用于化学发光成像检测和消除细菌示意图
室温搅拌下将CDs与Fe3O4通过静电吸附形成Fe3O4/CDs纳米酶。该研究对合成的Fe3O4/CDs纳米酶进行了全面的表征（图2和图3）。Fe3O4保持球形介孔结构，CDs均匀负载于表面。两者复合后比表面积从9.064 m2/g提升至54.130 m2/g，为底物吸附与催化提供充足空间。图2 Fe3O4/CDs 纳米酶的形貌表征图3 Fe3O4/CDs纳米酶的结构，组成和BET表征
以TMB为显色底物，验证紫外介导的酶活性逆转策略。通过优化实验，365 nm光照5分钟作为后续实验条件。研究表明，紫外光照射使Fe3O4/CDs纳米酶在中性/弱碱下的酶活性显著增强至酸性下相当的水平。此外，自由基清除实验和EPR实验证实•OH是Fe3O4/CDs纳米酶活性逆转的关键原因。通过对其稳态动力学进行研究，表明紫外光照增强Fe3O4/CDs纳米酶对底物的亲和力。图4 紫外介导的酶活性逆转与动力学验证
对紫外介导的酶活性逆转策略进行了全面的机制研究与验证。在中性/弱碱性条件下，紫外照射诱导纳米酶的电子从价带跃迁到导带。这种电子跃迁通过两种协同途径增强了•OH的生成：(1)导带电子将Fe3+还原为Fe2+，随后Fe2+与H2O2反应生成•OH，同时Fe3+重新生成，形成类芬顿循环。(2)价带空穴直接氧化H2O2产生•OH。此外，CDs充当电子通道，加速电子转移，从而进一步增强了上述两种途径的•OH生成能力。图5 紫外介导的酶活性逆转策略的机制研究

以大肠杆菌作为概念验证，利用Fe3O4/CDs纳米酶固定二抗作为信号探针，构建夹心免疫化学发光成像传感器，实现了大肠细菌的高灵敏检测。此外，该策略对大肠杆菌表现出优异的杀菌效果。图6 基于紫外介导的酶活性逆转策略的化学发光成像检测性能及抗菌性能

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.5c05879?sessionid=