纳米酶以其类酶活性可调控性、稳定性高、经济易得等优点在生物传感及抗菌领域展现良好的应用前景。
H
2
O
2
作为生命体内必不可少的活性氧分子广泛参与细胞内的氧化还原反应、免疫调节以及细胞正常代谢活动，对生命活动起到至关重要的作用。并且
细胞内过度表达的
H
2
O
2
会引发炎症、癌症以及神经疾病等免疫失衡导致的一系列问题，从而影响人体健康。因此
开发具有
H
2
O
2
检测活性的纳米传感器对疾病诊断及治疗具有明显的应用价值。研究发现
众多过氧化物模拟酶不但可以催化
H
2
O
2
分解产生
·OH
用于抗菌，同时能够用于
H
2
O
2
可视化比色检测。但是，由于过氧化物模拟
酶普遍在酸性
pH
下发挥较好的催化活性，
其类酶催化活性的
pH
值依赖性极大限制其应用范围和效果。
基于此，
武汉纺织大学任学宏教授团队
报道了一种以
碳化细菌纤维素（
BC
）纳米纤维作为双酶模拟物的
pH
响应
转换
催化策略。所制备的纳米纤维具有
pH
响应转换
的过氧化物酶（
POD
）和卤代过氧化物酶（
HPO
）活性，
可在不同
pH
值下催化
H
2
O
2
产生羟基自由基（
∙
OH
）和氧化性
Br
（
Br
+
），
同时展现
pH
响应
转换的
H
2
O
2
比色检测性能
，所设计的催化策略为纳米酶在
细菌感染
疾病
的检测
和治疗提供了
新思路。
该工作以“
Nanofibers
-based
dual enzyme mimics with pH-switchable catalytic
function for
H
2
O
2
sensing
and
antibacterial
application
”为题发表于《
Chemica Engineering Journal
》，武汉纺织大学
任学宏
教授为本文唯一通讯作者，常州大学医学与健康工程学院教师
张淑敏
为第一作者。本研究得到了
湖北省中央引领地方科技发展专项资金
（
2022BGE253
）、江苏省高等学校自然科学研究面上项目（
24KJD430001
）的资助。
通过酚醛聚合反应以及高温碳化在
BC
纳米纤维表面负载铜掺杂的碳化聚合物，结果显示纤维表面有均匀的纳米颗粒分布。通过
TEM
及元素扫描能谱图观察可知纳米纤维表面分布着大量的
C
、
Cu
元素，表明其
Cu
掺杂的碳纳米纤维结构，
XPS
结果显示纳米纤维上负载的铜以
0
价以及
2
+
价为主。
Fig.2
纳米纤维双酶模拟物的
POD
及
HPO
催化性能验证及
pH
响应催化活性
对纳米纤维的催化性能进行验证，研究结果表明所得
纳米纤维
双酶模拟物
具有
pH
响应
转换类酶
催化
性能
，在酸性条件下具有
POD
酶
活性，
能够催化
H
2
O
2
产生
∙
OH
；
在中性和碱性条件下具有
HPO
酶
活性
，能够催化
H
2
O
2
产生
Br
+
。对比催化性能发现其类酶活性源自结构中掺杂的
Cu
纳米颗粒。催化活性结果显示，
pH
＜
7
时，纳米纤维在
pH
3.5
时显示最佳
POD
酶催化活性；
pH
≥
7
时，纳米纤维在
pH
9.0
时
显示最佳催化活性。
Fig.3
基于
pH
响应转换双酶活性的
H
2
O
2
比色检测性能
不同
pH
值下
对
H
2
O
2
的检测灵敏度检测结果显示，在特定
H
2
O
2
浓度
范围内，
H
2
O
2
浓度与
比色检测指示剂
吸光度值呈线性相关
；基于其双酶催化性能，不同
pH
值下对
H
2
O
2
的最低检测极限呈现差异性，检测灵敏性规律与其
pH
响应催化活性一致，分别
在
pH
3.5
和
pH
9.0
时
显示最低的检测极限值。
Fig.4
基于
pH
响应转换双酶活性的催化抗菌性能
抗菌结果表明所得纳米纤维双酶模拟物自身无抗菌性能，基于其
POD
以及
HPO
催化作用，能够催化
H
2
O
2
产生优于单独
H
2
O
2
的抗菌性能，
抗菌效果可归结于羟基自由基
以及
Br
+
对细菌的强氧化作用
。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160602
相关进展
江南大学任学宏教授等《Chem. Eng. J》:具有葡萄糖响应催化功能的细菌纤维素/丙纶复合伤口敷料用于细菌感染治疗
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江南大学任学宏教授CEJ：疏水性N-卤胺基POSS嵌段共聚物多孔膜的设计及抗菌和抗细菌吸附性能研究
