近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與分析研究組研究員盧憲波、陳吉平團(tuán)隊(duì)研發(fā)的基于酶單分子納米膠囊(SMENs)技術(shù)的生物傳感器取得新進(jìn)展，酶?jìng)鞲衅鞯臒岱€(wěn)定性、有機(jī)溶劑耐受性、酸堿耐受性、存儲(chǔ)穩(wěn)定性等核心性能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提高，率先將SMENs技術(shù)應(yīng)用于分析和生物傳感領(lǐng)域。

酶生物傳感器具有簡(jiǎn)單、快速、廉價(jià)、便攜、微型化等優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)療診斷、食品、環(huán)境等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，但其穩(wěn)定性不高是限制其應(yīng)用的障礙。酶是蛋白質(zhì)分子，作為高效的生物反應(yīng)器具有顯著的選擇性和特異性。然而，它們對(duì)外界環(huán)境(溫度、溶劑、pH值等)高度敏感，且保質(zhì)期很短、穩(wěn)定性不足，限制了其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，酶生物傳感器亦如此。因此，開發(fā)在不同工作環(huán)境下具有高穩(wěn)定性的酶生物傳感器，提高存儲(chǔ)和使用壽命，對(duì)于拓寬其在分析、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)、可穿戴設(shè)備、植入式設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用十分重要。傳統(tǒng)研究中，通常是利用納米材料的納米調(diào)控效應(yīng)，通過(guò)采取不同的酶分子固定化方式和傳感策略(如采用生物相容性無(wú)機(jī)納米材料等作為酶分子固載單元)，以顯著提高酶生物傳感器的靈敏度和檢出限性能，但這對(duì)于提高酶生物傳感器的穩(wěn)定性作用并不顯著。

研究團(tuán)隊(duì)以高穩(wěn)定性酶單分子納米膠囊技術(shù)解決了困擾酶?jìng)鞲衅靼l(fā)展的穩(wěn)定性難題，分別以葡萄糖氧化酶(GOx)和酪氨酸酶(Tyr)為模型酶，在水環(huán)境中采用簡(jiǎn)單的室溫原位自由基聚合策略，將上述酶的單分子封裝在多孔的聚合物殼內(nèi)，研制出高活性、高穩(wěn)定性的單分子酶納米膠囊(SMENs)：葡萄糖氧化酶納米膠囊(nGOx)和酪氨酸酶納米膠囊(nTyr)。聚合物外殼有效地穩(wěn)定了內(nèi)部的GOx和Tyr核心，同時(shí)多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了底物的快速運(yùn)輸，從而形成了一類具有突出活性和穩(wěn)定性的新型生物催化納米膠囊。聚合物薄層與酶分子之間的多重共價(jià)結(jié)合增強(qiáng)了被包裹的酶分子穩(wěn)定性，為其提供了良好的微環(huán)境，避免高溫和強(qiáng)酸堿條件下的結(jié)構(gòu)變性，有助于在有機(jī)溶劑體系操作過(guò)程中保留酶活性所必需的水分子。以熱穩(wěn)定性為例，在65℃下孵育2h后，基于天然Tyr的傳感器相對(duì)活性只剩23.2%，而基于nTyr的傳感器相對(duì)活性仍可以保持52.7%以上。基于nGOx和nTyr的傳感器分別在血糖檢測(cè)和雙酚A檢測(cè)中展示出良好的性能，且有顯著提高的熱穩(wěn)定性、有機(jī)溶劑耐受性、酸堿穩(wěn)定性和長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命?；谛滦蛦畏肿用讣{米膠囊的生物傳感器可適用于多種極端的應(yīng)用場(chǎng)景，并為提高酶?jìng)鞲衅鞯姆€(wěn)定性提供了解決方案。