以下文章来源于纳米酶 Nanozymes ，作者Nanozymes
一、文章简介
研究纳米酶所采用的缓冲溶液种类众多且选择随机，包括Tris-HCl、Tris-HAc、PBS、BR、HEPES和MES等，而之前的工作已经证明缓冲溶液会影响纳米酶的催化活性。那么，是否可以通过选择合适的缓冲溶液来实现特异性催化是一个未知但有趣的问题。此外，纳米酶的催化活性亦依赖于盐的种类和浓度，但其机理尚不清楚。因此，阐明盐调控纳米酶活性的机制，进而优化缓冲溶液与盐的种类以获得高特异性和活性的纳米酶将拓展今后的应用。
近日，北京师范大学化学学院李晓宏教授团队在《Analytical Chemistry》上发表了题为“Valence-Engineered Oxidase-Mimicking Nanozyme with Specificity for Aromatic Amine Oxidation and Identification”的论文，报道了Cu-A纳米酶通过优化缓冲溶液种类，在BR中实现了对五种芳香胺（邻苯二胺（OPD）、对苯二胺（PPD）、1,5-萘二胺（1,5-NDA）、1,8-萘二胺（1,8-NDA）和2-氨基蒽（2-AA））的特异性催化氧化，阐述了盐通过阴离子氧化还原反应改变纳米酶表面Cu+含量，从而调控了酶活性。基于以上研究结果，选择NaCl, NaBr和 NaI作为传感单元设计了一个可以区分检测OPD, PPD, 1,8-NDA, 1,5-NDA, 2-AA的传感器阵列，实现了未知样品及多元混合物的鉴别，并成功应用于河水，海水，自来水，污水的实际水样（图1）。
图1：价态工程调控酶活性及区分芳香胺的示意图。
二、 文章内容
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以TMB、ABTS、2,4-DP和OPD为底物，分别在Tris-HCl、Tris-HAc、PBS、BR、HEPES和MES缓冲液中研究了Cu-A纳米酶（以Cu2+为金属中心，腺嘌呤为配体合成）的催化性能。结果表明，Cu-A纳米酶对BR溶液（pH = 3~10）中OPD的氧化具有特异性催化作用。随后，催化底物成功地扩展到对苯二胺（PPD）、1,5-萘二胺（1,5-NDA）、1,8-萘二胺（1,8-NDA）和2-氨基蒽（2-AA）。结果表明，Cu-A纳米酶是一种特异性的芳香胺氧化酶（图2）。
图2：（A） PBS、MES、HEPES、Tris-HCl、Tris-HAc和BR缓冲溶液（20 mM，pH=7）中含有Cu-A、OPD、Cu-A + OPD的溶液的紫外光谱。（B）Cu-A+ OPD在饱和氧气、空气和氮气的紫外光谱。（C）不同缓冲溶液中，（D）不同pH（3-10）的BR溶液中，以ABTS、TMB、2,4-DP、OPD为底物的催化性能。Cu-A分别以（E）PPD、（F）1,5-NDA、（G）1,8-NDA和（H）2-AA为底物的紫外光谱（插图：反应前后的颜色变化）。
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盐种类（NaNO2, NaHCO3, NH4Cl, KCl, NaCl, NaBr和NaI）极大地介导了Cu-A纳米酶的催化活性，其顺序为NaNO2 < blank ≈ NaHCO3 < NH4Cl ≈ KCl ≈ NaCl < NaBr < NaI。这种影响是由于盐中的阴离子通过阴离子氧化还原反应依次增加表面Cu+含量，而阳离子的影响可以忽略不计。随着Cu+含量的增加，Km降低，Vmax增加，表明了价态工程调控催化活性的机制（图3）。
图3:分别含有Cu-A、OPD和（A）NaNO2, NaHCO3, NaCl, NaBr, NaI，（B）NH4Cl, KCl, NaCl的紫外光谱。（C）盐种类，（D）盐浓度依赖的催化活性。Cu-A在不存在和存在盐的情况下的（E）Cu 2p XPS光谱，（F）Cu+含量与Km，Vmax的关系。
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基于特定的催化性能和增强的催化活性，以NaCl、NaBr和NaI为传感通道，构建了一个比色传感器阵列，可同时识别低至50 μM的五种代表性芳香胺（OPD、PPD、1,5-NDA、1,8-NDA和2-AA），定量分析单个芳香胺，100%准确区分20个盲样（图4）。此外，通过准确识别各种浓度比的二元、三元、四元和五元混合物，进一步验证了该性能，并最终应用于多种环境水样中（图5）。
图4：比色传感器阵列示意图。
图5：在（A）自来水,（B）河水，（C）污水，（D）海水中鉴别500 μM的五种芳香胺的LDA。（E）区分河水中10个未知样本的LDA。
三、 结果与讨论
实验证实，Cu-A纳米酶在BR缓冲溶液中特异性催化氧化OPD，并成功地扩展到PPD、1,5-NDA、1,8-NDA和2-AA。此外，盐的存在极大地介导了催化活性，其顺序为NaNO2 < blank ≈ NaHCO3 < NH4Cl ≈ KCl ≈ NaCl < NaBr < NaI，这是由阴离子氧化还原反应依次增加表面Cu+含量引起的。Cu+含量升高，相应的Km降低，Vmax增加，表明价态工程介导催化活性的机制。基于高特异性和令人满意的活性，设计了一种以NaCl、NaBr和NaI为传感通道的比色传感器阵列，用于识别五种具有代表性的芳香胺（OPD、PPD、1,5-NDA、1,8-NDA和2-AA），定量分析单个芳香胺。通过区分不同浓度比的多元混合物和未知样品，证实了该传感器阵列的可行性。最后，通过鉴定环境水样中的五种芳香胺，验证了其实际应用价值。这项工作为实现特异性催化提供了一种可行的策略，阐明了盐调控催化活性的机制，并为大规模区分检测芳香胺类化合物提供了一个简单可行的方法。
转自：“NANO学术”微信公众号
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