我院魏辉课题组在纳米酶研究领域取得新进展

发布者:钟芳发布时间:2017-11-24

天然酶在自然中被人类广泛探索开发并主要应用于生物医学、食品安全以及环境保护等不同领域,但同时也伴随着天然酶易变性、成本高等固有缺陷。因此,利用生物或化学方法模拟天然酶不仅具有重要的科学意义,而且具有巨大的实际应用价值。近年来,人们发现某些纳米材料同样具有模拟天然酶催化活性的能力。与传统的人工模拟酶相比,这类新型的纳米酶(nanozymes)除了同样具有更加稳定的化学性质和催化活性、成本低等优势,更有着自身独特的性质,例如更易于实现大规模制备、比表面积高、催化活性可调控等。因此,近几年来,纳米酶在生物医学等领域越来越受到人们的关注。

南京大学现代工程与应用科学学院魏辉教授课题组致力于纳米酶及其在生物医学及生物传感领域应用的研究。在前期的工作中,该课题组及其合作者成功构筑了具有高效催化活性的“集成式纳米酶”(integrated nanozymes),并将其用于活体动物组织内(如脑内、瘤内)重要生物分子(如葡萄糖、乳酸)的检测,以及药物治疗中药效的评估(Anal. Chem. 2016, 88, 5489–5497; ACS Nano 2017, 11, 5558-5566)。此外,该课题组利用底物与生物酶分子的质子产生-消耗反应,实现了原位调控纳米氧化铈(nanoceria)的模拟氧化物酶活性,由此形成了一种对于相应酶活性以及其他重要的生物指标(如神经性毒剂、药物、生物活性离子等)的可自我调控的生物检测方法(ACS Sens. 2016, 1, 1336-1343)。课题组较系统研究了氧化态对于镍基纳米酶类过氧化物酶活性的影响,发现LaNiO3纳米立方体具有很高的催化活性,进而利用其构筑了葡萄糖和肌氨酸传感体系(Theranostics 2017; 7(8): 2277-2286)。

1  LaNiO3纳米酶及其用于肌氨酸检测。

最近,该课题组及合作者研发了一种高效监测肝素(heparin)活性的二维(2D)金属有机框架化合物(MOFZn-TCPP(Fe)纳米酶,并将该纳米酶与一种对肝素具有特异性结合能力的多肽AG73相结合,由此构建出的AG73-MOF纳米酶可实现对肝素的高灵敏度和高选择性检测。肝素作为一种手术中常用的抗凝血剂,能够与抗凝血酶结合从而大大增强抗凝血酶对凝血酶和其他凝聚因子的抑制作用,但过量使用肝素会引发诸如大出血、血小板减少、高血钾、骨质疏松等副作用,因此肝素的剂量必须得到严格的监控。将该纳米酶与微透析技术相联合,可实现对活体动物体内肝素消除过程的定量监测。

该纳米酶的MOF结构由双核浆轮状金属团簇作为金属节点(如Zn2+, Co2+, Cu2+),经金属化的四-(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)作为配体构成。研究发现以Zn2+为金属节点,与经Fe2+化的TCPP为配体构成的Zn-TCPP(Fe),其模拟过氧化物酶催化活性效果最佳,与底物作用后释放的荧光信号最强。课题组将该MOF纳米酶与多肽AG73相结合形成AG73-MOF复合物,使原本暴露在纳米酶表面的活性位点大大减少,从而荧光信号被淬灭。而加入肝素后,由于肝素-多肽AG73的特异性结合,表面的活性位点被重新释放,因而荧光信号得以恢复。通过比较肝素处理前后的荧光信号的变化,这种AG73-MOF复合物可用于对活体中肝素的含量检测,并且这种方法不受检测环境中多种阴离子、生物分子、尤其是肝素类似物如硫酸软骨素(ChS)和透明质酸(HA)的影响(Anal. Chem. 2017, 89, 11552-11559)。

2 MOF纳米酶结合微透析技术用于活鼠体内肝素消除过程监测的原理图


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相关文章链接:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b00905

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.7b02895

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.6b00975

http://www.thno.org/v07p2277.htm

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssensors.6b00500

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 https://mp.weixin.qq.com/s/75YYHSTf4ch_st3-cAGHPg

 http://www.x-mol.com/news/9509  


(林安琪)