四氧化三鐵納米粒子在酶催化領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展

背景介紹磁性納米材料具有良好的生物相容性、優(yōu)異的磁性能、低毒性和高比表面積，一直被認(rèn)為是非常有前途的載體材料，被廣泛用于提取、分離和傳感識(shí)別等領(lǐng)域。酶是一種由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有高效催化作用的生物大分子，為解決天然酶穩(wěn)定性差、在極端條件下易失活等問題，固定化酶技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。用化學(xué)合成方法制備具有類似酶活性的人工模擬酶，是克服天然酶缺點(diǎn)的另一途徑。文章亮點(diǎn)1.探討了Fe3O4印跡模擬酶在農(nóng)用化學(xué)品和抗菌藥物催化降解、光誘導(dǎo)有機(jī)物催化降解、電化學(xué)傳感信號(hào)放大及腫瘤治療等方面的研究進(jìn)展；2.總結(jié)了Fe3O4NPs在酶催化領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展方向。

內(nèi)容介紹1

Fe3O4

NPs在固定化酶領(lǐng)域的應(yīng)用作為固定酶的新型載體，F(xiàn)e3O4NPs具有獨(dú)特的磁性能，比表面積大，與生物酶結(jié)合，既可以更好地從反應(yīng)體系中分離和回收酶，不需要額外的離心過濾設(shè)備，又可以保護(hù)生物酶不受外界條件的干擾，提高催化活性，有效避免納米粒子團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。1.1

共價(jià)結(jié)合法通過對(duì)Fe3O4

NPs表面進(jìn)行改性或包覆其他材料，可以增加其表面特定基團(tuán)和結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量，再與酶蛋白中的氨基、羧基和羥基等基團(tuán)形成共價(jià)連接。對(duì)Fe3O4

NPs表面進(jìn)行氨基化修飾，以戊二醛為交聯(lián)劑，與含有氨基的α-葡萄糖苷酶直接進(jìn)行共價(jià)連接（圖1），用于篩選虎仗提取物中的酶抑制劑。圖1

固定化α-葡萄糖苷酶的制備及活性測(cè)定示意圖[11]利用修飾了氨基的金納米粒子與脂肪酶共價(jià)結(jié)合（圖2），固定化酶的穩(wěn)定性和重復(fù)利用率顯著提高，30d內(nèi)仍未損失酶活性，循環(huán)使用6次后活性仍能達(dá)到初始值的95%。圖2

基于磁性納米顆粒修飾的功能化脂肪酶[13]1.2

靜電吸附法在靜電吸附法制備固定化酶的過程中，酶與載體之間靠正負(fù)電荷間的靜電引力，不形成共價(jià)鍵，不影響酶的活性位點(diǎn)，載體可重復(fù)使用。1.3

共價(jià)-非共價(jià)結(jié)合法共價(jià)結(jié)合法制備的固定化酶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，但容易影響酶活性中心的結(jié)構(gòu)。Liu等[17]首次采用吸附法和共價(jià)交聯(lián)法相結(jié)合的方式制備了固定化酪氨酸酶，用于篩選酶抑制劑，他們將酪氨酸酶吸附在氨基化Fe3O4NPs表面，該方法穩(wěn)定了酶的構(gòu)象，然后通過戊二醛共價(jià)交聯(lián)形成穩(wěn)定的支架結(jié)構(gòu)（圖3），避免了共價(jià)和非共價(jià)法的缺點(diǎn)，經(jīng)5次循環(huán)后活性仍能保持61%。圖3

Fe3O4-NH2/GA/TYR顆粒制備示意圖2

Fe3O4

NPs在模擬酶領(lǐng)域的應(yīng)用早期的模擬酶是由環(huán)糊精、杯芳烴、卟啉和葫蘆脲等傳統(tǒng)雜環(huán)化合物通過仿生化學(xué)的方法合成，隨著納米技術(shù)和分子印跡技術(shù)在模擬酶領(lǐng)域的不斷發(fā)展，納米酶和印跡酶成為備受關(guān)注的熱點(diǎn)。2.1

Fe3O4

NPs納米酶Fe3O4NPs本身可以直接作為納米酶用于催化領(lǐng)域，它具有類似過氧化物酶的特性，原理可以總結(jié)為芬頓、類芬頓反應(yīng)或電子轉(zhuǎn)移的過程，2.2

Fe3O4

NPs印跡酶分子印跡技術(shù)廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域[41]，也是人工模擬酶構(gòu)建的重要途徑。印跡過程中，首先模板與單體以某種相互作用結(jié)合在一起，然后交聯(lián)固定，聚合成分子印跡聚合物（Molecularimprintingpolymer，MIP），最后再除去聚合物中的模板分子，此時(shí)聚合物中就留下了相應(yīng)的活性結(jié)構(gòu)和識(shí)別位點(diǎn)。3

結(jié)論與展望Fe3O4

NPs作為一種易于制備、穩(wěn)定性強(qiáng)的磁性材料，因其具有類似過氧化物酶的生物活性，在