HORIBA前沿用户动态|Nano Lett.：FluoroLog-3光谱仪助力打破纳米酶的pH限制

在纳米酶出现之前，纳米材料一般被当作一种生物惰性物质，但随着纳米研究的快速发展，科学家们发现一些纳米材料具有模拟生物酶催化活性的能力，这种材料称之为纳米酶。

与天然酶或模拟酶相比，纳米酶不仅具备催化功能，它还是一种性能独特的多功能纳米材料，比表面积大且更易化学修饰，具备催化效率高、稳定，能够实现规模化地制备等优点，在医学生物、化工、食品等领域的应用前景非常广泛。

然而，如何保证纳米酶在生理pH值下的活性是目前一个技术难点。虽然光敏氧化（不饱和双键与单线态氧直接发生的氧化反应）由于绿色、高效而备受关注，但以单线态氧（¹O2）为主要氧化物种的催化体系依然面临相同的问题，主要是因为¹O2寿命短（小于4μs），迁移距离受限，导致中性条件下TMB等底物难以被氧化。

近期，四川大学吴鹏教授团队和滑铁卢大学刘珏文教授团队合作，发现Mn(II)作为光氧化的催化媒介，可以克服纳米酶的pH限制，为利用纳米酶体系研究生物分子在生理条件下的性质提供新思路。

在实验中，研究团队发现Mn(II)可以提高碳点(CDs)纳米酶在中性pH下的光敏氧化作用。

该工作以碳点为对象，引入Mn(II)作为氧化中间体以增强其中性pH下的光催化性能。与其它常见金属离子相比，Mn(II)增强C-dots光催化能力具有极好的特异性。与其它纳米酶相比，CDs/Mn²⁺在酸性和中性条件下均可保持很高的活性。该氧化中间体同样适用于中性条件增强氧化其它底物，如ABTS，dopamine和Amplex red等。

研究人员利用FluorLog-3荧光光谱仪对单线态氧的近红外磷光发射进行表征后发现：光照时，CDs产生的¹O2可被Mn²⁺有效猝灭，且配体（EDTA）的加入也能够进一步猝灭¹O2，同时，Mn²⁺对CDs荧光的影响并不大。

进一步的光谱表征证明：在该过程中，Mn²⁺被氧化为具有强氧化活性的Mn³⁺，且配体（EDTA）可长时间稳定Mn³⁺。Mn³⁺能够在中性pH下氧化纳米酶的底物TMB，因而成功将碳点纳米酶工作的pH范围拓展至中性。

四川大学吴鹏教授团队和滑铁卢大学刘珏文教授团队合作的这项研究，其研究结果表明了：在中性pH条件下能够开发更多的纳米酶，并将之用于生物分析和生物医学应用。

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文章作者：Zhang, J.Y., Wu, P., Liu, J.W. et al.

题目&杂志：Manganese as a Catalytic Mediator for Photo-oxidation and Breaking the pH Limitation of Nanozymes. Nano Letters, 2019, 19, 3214-3220.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b00725