第一作者：Fangying Sun

通讯作者：尚利

通讯单位：西北工业大学

研究内容： 

具有类酶催化活性的工程纳米材料，即纳米酶，因其高稳定性、低成本和易于大量制备而引起了人们的极大兴趣。近年来，由少量到数百个金原子组成的金纳米团簇(AuNCs)因其具有超小的体积、低毒性、良好的稳定性和多种酶活性而成为一种有前途的新型纳米酶。因此，具有类酶催化活性的AuNCs被积极追求，用于各种金属离子、生物分子和癌细胞的疾病诊断和生物传感，但大多数报道的AuNCs的催化活性仍然相当有限。在此，本文章被报道通过提出一种新的、有效的策略，通过小分子介导的弱相互作用来调整催化界面，提高AuNCs的过氧化物酶模拟活性。建立了一种新的基于AuNCs的比色生物传感平台，并成功地展示了其在血清样本葡萄糖生物传感中的潜在应用。与已有报道的方法相比，该方法具有简单、高效的优点，有望为进一步设计高活性纳米团簇基模拟酶以及其他工程酶提供新的指导。

要点一： 

受咪唑结构存在于许多生物催化中心的启发，我们筛选了一系列含咪唑的小分子，以评估它们对AuNCs酶活性的影响。通过监测3,3 '，5,5' -四甲基联苯胺的吸光度变化，确定1-甲基-2-咪唑羧基醛(MCA)对增强谷胱甘肽稳定AuNCs (GSH-AuNCs)过氧化物酶模拟活性的作用最显著。有趣的是，MCA对这些AuNCs催化活性的增强效应被发现是高度可逆的，可以通过简单地添加MCA/透析处理来开启/关闭。

要点二：

分子动力学模拟和进一步的实验分析证实这些MCA分子通过弱非共价相互作用吸附在GSH-AuNCs表面。机制分析表明，在GSH-AuNC体系中，MCA的存在可以有效促进•OH的生成。作为一个例子，我们证明了MCA的存在可以大大提高基于aunc的过氧化物酶模拟物的生物分析性能，证明了AuNCs@MCA的葡萄糖检测LOD比仅使用aunc低65倍。最后，本系统已成功应用于健康人群和糖尿病患者的血糖水平检测，并取得了良好的效果。

图1：表面工程基于AuNCs的过氧化物酶模拟增强生物传感的原理图

图2:  (a)九种不同咪唑分子的化学结构及其缩写。(b)GSH-AuNC催化的TMB (0.5 mM) – H₂O₂ (30 mM)体系在PBS (pH 3.0)中37°C不存在和存在不同咪唑分子时的吸收光谱，(c)它们在652 nm处的吸光度比较。

图3： (a)不同溶液的吸收光谱: (1) GSH-AuNCs + TMB + H₂O₂; (2) GSH-AuNCs@MCA + TMB + H₂O₂; 3) MCA + TMB + H₂O₂; (4) TMB + H₂O₂。 实验温度为55℃，pH为3.0, GSH-AuNCs浓度为4 mM, MCA浓度为0.48 M, H₂O₂浓度为30 mM。 (b) pH(2.0 ~ 7.0)、(c)反应温度(25 ~ 65℃)、(d) MCA与Au比值对GSH-AuNCs@MCA(0 ~ 160)催化活性的影响。

图4： (a)对苯二甲酸探针在不同MCA与Au摩尔比的GSH-AuNCs@MCA溶液中的荧光强度(55°C, 24小时，315 nm激发)。(b) MCA对不同金纳米酶催化H₂O₂ – TMB体系比色反应的影响，在55℃，pH 3.0条件下进行。(c) MCA增强GSH-AuNCs过氧化物酶样催化活性的机理示意图。

图5：(a)少量MCA分子在MCA溶液中吸附在GSH-AuNCs Au表面的模型，在MD模拟中，水分子被隐藏。(b) Au原子、GSH和MCA的空间分布。在存在MCA (c)、His (d)和2-ICA (e)的情况下，GSH-AuNCs中心周围不同物种的RDFs。

参考文献

F. Sun, Y. Liang, L. Jin, J. Shi, L. Shang, Weak Interaction-Tailored Catalytic Interface of Ultrasmall Gold Nanoclusters as Enzyme Mimics for Enhanced Colorimetric Biosensing, ACS Appl. Mater. Interfaces, 13 (2021) 58209-58219.