【分析】稀土活化纳米金模拟过氧化物酶用于三价铈离子的可视化检测

酶是由活细胞产生的一类具有催化作用的生物分子，其中绝大部分酶是蛋白质。天然酶具有反应条件温和、催化效率高、底物专一性强等优点，但是其来源有限、提纯困难、价格昂贵，而且在酸、碱、热等非生理环境中容易发生结构变化而失活。为此，研究者们一直在寻求用化学合成法制备人工模拟酶，以便在非生理条件下使用。纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能，又有催化功能的新型人工模拟酶。相比于天然酶，纳米酶具有价格便宜、制备工艺简单、稳定性好、循环利用率高、活性可调控等优点。然而，目前开发的纳米酶催化活性普遍还比较低，如何提高纳米酶的催化效率，一直是该领域最核心的问题之一。

福建医科大学药学院的陈伟课题组在纳米人工模拟酶领域进行了系统性的研究工作（Biosens. Bioelectron., 2017, 97, 21；Nanoscale, 2017, 9, 10292；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 29881；Anal. Chem., 2014, 86, 10955；Anal. Chem., 2014, 86, 2711；Biosens. Bioelectron., 2014, 62, 331；Biosens. Bioelectron., 2014, 61, 374；Biosens. Bioelectron., 2013, 43, 1；ChemPhysChem, 2012, 13, 1199）。近日，陈伟课题组在研究中发现稀土三价铈离子（Ce³⁺）能够显著增强裸金纳米粒子模拟过氧化物酶活性（如图1）。研究表明，Ce³⁺可通过静电引力结合到裸金纳米粒子表面，加速过氧化氢水解产生羟自由基过程，从而增强显色底物分子的氧化。由于Ce³⁺具有氧化还原循环能力，其对裸金纳米粒子模拟过氧化物酶活性的增强作用要显著高于其他已报道的金属离子激活剂如Hg²⁺、Bi³⁺和Pb²⁺等。

图1. 三价铈离子增强裸金纳米粒子模拟过氧化物酶活性的原理图

他们还系统研究了裸金纳米粒子表面状态变化对Ce³⁺增强模拟过氧化物酶活性作用的影响。实验发现，当裸金纳米粒子表面结合的AuCl₂^-/AuCl₄^-离子被硼氢化钠还原后，金纳米粒子与Ce³⁺静电结合能力减弱，导致Ce³⁺的激活作用明显降低；当金纳米粒子表面覆盖上配体分子（如柠檬酸、巯基乙胺和蛋白质）后，配体分子与Ce³⁺之间强烈的螯合作用也可抑制Ce³⁺的激活作用（如图2）。

图2.（A）Ce³⁺对硼氢化钠处理后的裸金纳米粒子催化活性的影响；（B）Ce³⁺对不同表面修饰状态的金纳米粒子催化活性的影响；（C）金纳米粒子表面状态对Ce³⁺激活作用影响的示意图

此外，基于Ce³⁺对裸金纳米粒子催化作用的增强效应，该课题组建立了一种比色法检测水样中Ce³⁺含量的新方法。该方法对Ce³⁺检测的线性范围为10到160 nM，检测限低至2.2 nM，这比传统显色方法的灵敏度要高出2-3个数量级。而且，其他离子干扰物均不会对Ce³⁺测定产生影响。

这一研究不仅为提高纳米人工模拟酶的催化活性提供了一种新的思路，也拓宽了其在分析检测中的应用。相关研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，福建医科大学青年教师邓豪华和2014级本科生罗邦悦为论文共同第一作者，通讯作者为彭花萍副教授和陈伟教授，相关研究工作得到国家自然科学基金委的支持。

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Redox recycling-triggered peroxidase-like activity enhancement of bare gold nanoparticles for ultrasensitive colorimetric detection of rare-earth Ce³⁺ ion

Hao-Hua Deng, Bang-Yue Luo, Shao-Bin He, Rui-Ting Chen, Zhen Lin, Hua-Ping Peng, Xing-Hua Xia, Wei Chen

Anal. Chem., 2019, 91, 4039-4046, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b05552

作者简介

邓豪华，福建医科大学药学院讲师；2017年6月毕业于福建医科大学取得博士学位，随后留校工作；主要研究领域为生物功能材料（金属发光纳米团簇、纳米人工模拟酶）及其生命分析应用，主持国家自然科学基金青年科学基金1项，以第一作者在Chem. Mater.、Anal. Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Commun.、Biosens. Bioelectron.、Nanoscale、ACS Sens.等SCI刊物上发表研究论文26篇，论文的SCI被引用次数超过1000次，H-index为19；申请国家发明专利3 项。

彭花萍，福建医科大学药学院副教授，硕导，福建省高层次引进人才，福建省青年拔尖创新人才，福建省“青年人才托举工程”人选。2011年6月毕业于南昌大学微纳米材料科学与工程专业获博士学位；2017年3月至今，先后于中国科学院上海应用物理研究所、加拿大滑铁卢大学化学系室从事客座访问学者合作研究。目前主要从事纳米生物医药技术领域的研究工作，作为项目负责人主持完成及在研的国家及省部级科研课题6项，在Anal. Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Commun.、Chem. Mater.、Biosens. Bioelectron.、Nanoscale等SCI刊物上发表研究论文45篇（合计影响因子234.2，其中影响因子5.0以上论文30篇），论文的SCI被引用次数超过1000次，申请国家发明专利28项，已获得授权专利10项。

陈伟，福建医科大学药学院教授，博导，享受国务院特殊津贴专家，教育部新世纪优秀人才，福建省科技创新领军人才，福建省“百千万人才工程”人选，福建省高等学校科技创新团队带头人。1997年7月毕业于复旦大学化学系获学士学位，2010年9月毕业于南京大学化学化工学院获博士学位。目前主要开展纳米生物医药技术研究，作为项目负责人主持完成及在研的国家及省部级科研课题10余项，在Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Chem. Mater.、Small、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.、Chem. Commun.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Nanoscale 等SCI 刊物上发表研究论文110篇（合计影响因子588.226，篇均影响因子5.348，其中影响因子10.0以上论文3篇，5.0以上论文56篇）。

https://www.x-mol.com/university/faculty/59826

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