重庆师范大学研究团队在纳米模拟酶催化领域取得新进展
酶是一类生物催化剂，在生物体的新陈代谢、营养和能量转换等过程中具有重要的作用。此外，酶还广泛应用于生物工程、农业、食品工业以及环境保护等多个领域。然而，天然酶具有一些固有的缺点，如提取和纯化步骤复杂、成本较高，容易失活变性等。因此，人工模拟酶的研究得到人们广泛的关注。纳米模拟酶具有对热、酸和碱稳定，可规模化制备及价格较低的特点。但是，目前开发的纳米模拟酶催化活性普遍较低，如何提高纳米模拟酶的催化活性是目前纳米模拟酶领域的研究热点。
重庆师范大学化学学院的胡连哲课题组在纳米材料生物分析应用领域进行了系统性的研究工作（Chem. Commun.,2017,53, 10160;Nano Lett.,2015,15, 2099;Nano Lett.,2014,4, 6030;Anal. Chem.,2014,86, 4989）。近日，胡连哲课题组在研究中发现，具有催化活性的金纳米簇表面吸附肝素分子后，金纳米簇纳米模拟酶的催化活性显著增强。特别是在pH = 7的中性环境下，金纳米簇对过氧化物酶底物TMB的催化能力提高了25倍左右。以往报道的过氧化物纳米模拟酶在生理pH环境中催化活性较弱，大多数仅能在酸性环境下（pH = 4左右）使用。该课题组的发现极大拓展了纳米模拟酶在生理pH条件下的应用前景，并将其成功应用于血清样品中肝素和肝素酶的比色法检测（图一）。
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| 图一. 利用金纳米簇过氧化物酶活性检测肝素和肝素酶的示意图 |
肝素是已知的负电荷密度最高的生物大分子，也是在临床医学中广泛使用的一种抗凝血剂。通过肝素对金纳米簇催化作用的增强效应，该课题组建立了比色法检测血清中肝素含量的新方法（图二）。该方法具有较好的灵敏度和选择性，对肝素检测的线性范围为0.5到25 µg/mL，检测限为0.3 µg/mL。研究证明，仅肝素分子对金纳米簇的催化活性具有明显的增强作用，其他常见的一些阴离子及生物小分子干扰物不影响肝素的检测。
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图二.（A）不同肝素浓度条件下金纳米簇催化体系的吸光度；（B）该体系对肝素的选择性 |
该研究还发现，肝素酶对肝素的剪切作用可以减弱肝素对金纳米簇的催化增强作用。这是由于肝素被剪切成小分子片段后，无法有效地吸附包裹在金纳米簇的表面，造成金纳米簇过氧化物酶催化活性下降。基于这一发现，该课题组建立了对肝素酶检测的新方法，并成功用于血清中肝素酶活性的检测（图三）。该方法对肝素酶检测的线性范围为0.1到3 µg/mL，检测限为0.06 µg/mL。选择性实验证明，常见的一些生物分子干扰物不影响该方法对肝素酶的检测。
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| 图三.（A）不同肝素酶浓度条件下金纳米簇催化体系的吸光度；（B）该体系对肝素酶的选择性 |
这一研究不仅为提高纳米模拟酶的催化活性提供了新的思路，也为临床肝素和肝素酶的检测发展了一种新的分析技术。相关研究成果近期发表在Analytical Chemistry上，胡连哲为文章的第一作者兼第一通讯作者，付文升教授为文章的合作通讯作者，2017级研究生廖红参与了该研究的主要实验工作。该研究工作受到国家自然科学基金项目、重庆市教委科研项目、重庆师范大学青年拔尖人才项目的资助。
该论文作者为：Lianzhe Hu, Hong Liao, Lingyan Feng, Min Wang and Wensheng Fu
Accelerating the Peroxidase-Like Activity of Gold Nanoclusters at Neutral pH for Colorimetric Detection of Heparin and Heparinase Activity
Anal. Chem.,2018, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00885