中科院合肥研究院在石墨烯基纳米酶的制备及应用研究方面取得进展

近期，中科院合肥研究院智能所黄青研究员课题组在石墨烯基纳米酶的制备及应用方面取得重要进展。该课题组实现了一种用灵芝多糖还原和功能化氧化石墨烯来制备过氧化物模拟酶的简便而绿色的方法，并验证该石墨烯基纳米酶可用于检测血清中的L-半胱氨酸。相关研究成果已被国际期刊Analytical and Bioanalytical Chemistry接收发表。

图1. 石墨烯基纳米酶的制备及其检测L-半胱氨酸示意图

图2. a-b: L-半胱氨酸的测定；c-d:半胱氨酸的特异性检测

纳米酶是用人工纳米材料代替天然酶，即所谓的具有天然酶模拟活性的纳米材料，包括基于金属的纳米酶（Au，Pt，MnO2等），基于MOF的纳米酶（Fe-MOF）和各种基于碳的纳米酶（石墨烯，碳纳米管）。与天然酶相比，纳米酶具有制造成本低、易于批量生产、对恶劣环境的耐受性高、环境稳定性强等优点。由于这些突出的优势，纳米酶已被广泛用于许多领域，如：免疫分析、癌症诊断和治疗等。此外，纳米酶可以用作生物传感器，其优点是特异性强，定量准确，操作快速简单。另一方面，由于石墨烯基材料的非凡性能，例如大的比表面积和强吸附能力，石墨烯基纳米材料已被广泛用于不同目的，包括制备具有优良过氧化物酶特性的纳米酶。通常，石墨烯基材料可以使用各种还原剂来获得，其中许多是危险且有毒的化学物质，所获得的石墨烯基材料容易发生聚集而限制了其实际应用。因此，寻找其他合成方法来生产高质量的石墨烯基材料，包括使用绿色天然产物（如植物提取物），这成为一种新的趋势。

黄青研究员课题组在前期研究的基础上，以灵芝提取物多糖作为还原剂和稳定剂，在温和水热条件下制备得到了灵芝多糖还原修饰的石墨烯基材料。灵芝多糖中含有的多糖种类比较丰富，具有许多优异的生化性质。他们研究了该石墨烯基纳米酶的稳态动力学和催化过程，并基于该材料构建了一种L-半胱氨酸的比色传感器，确实显示了很好的催化活性。

通过一系列表征技术（UV-Vis、XRD、FTIR、XPS等），他们证明灵芝多糖能充分还原氧化石墨烯，并且灵芝多糖的存在可使石墨烯基材料在水中的稳定性和分散性更好。酶动力学实验表明，该石墨烯基材料具有过氧化物酶类活性，其催化TMB的氧化反应的稳态动力学遵循Michaelis-Menten动力学，且其催化过程符合乒乓机制。

基于该石墨烯基材料优异的过氧化物模拟酶活性，研究人员建立了一种用于检测L-半胱氨酸的简便快速的比色分析方法，并在血清中进行了实用的检测分析，并对检测半胱氨酸的特异性和相关机理进行了研究讨论，表明了其潜在的应用前景。