"一石四鸟"：Mn3Fe2.7C@C纳米酶的双模式传感平台实现多巴胺与过氧化氢的高精度检测

为解决天然酶稳定性差、催化功能单一的问题，湖南研究团队通过热解普鲁士蓝类似物开发了兼具氧化酶/过氧化物酶活性和双功能电催化活性的Mn3Fe2.7C@C(700)纳米酶。该材料可同步实现多巴胺（DA）和H2O2的比色/电化学双模式检测，在生物医学和安防领域具有重要应用价值。

　　

在生命科学和医学检测领域，多巴胺（DA）作为关键神经递质，其浓度异常与帕金森病、精神分裂症等疾病密切相关；而过氧化氢（H₂O₂）既是重要的生物信号分子，又是潜在的危险氧化剂，高浓度时甚至具有爆炸风险。传统检测方法往往依赖天然酶，但存在成本高、稳定性差、功能单一等缺陷。更棘手的是，单模式检测易受环境干扰，难以实现交叉验证。这些痛点促使科学家们寻求新型人工酶材料，以构建更可靠的多模式传感平台。

湖南的研究团队另辟蹊径，从普鲁士蓝类似物（PBA）这一古老材料中发掘出新可能。他们创新性地选择锰铁氰化物（KMnFe(CN)₆·2H₂O）作为前驱体，通过精确控制700℃氮气氛围下的热解过程，成功制备出具有"四重催化超能力"的Mn₃Fe_2.7C@C₍₇₀₀₎纳米酶。这种材料巧妙地将Mn₃Fe_2.7C纳米颗粒封装在氮掺杂碳壳中，并嵌入碳纳米管网络，形成了独特的"核-壳-网"三级结构。相关成果发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》上，为解决生物标志物检测的准确性难题提供了创新方案。

研究团队主要采用三种关键技术：一是通过共沉淀法合成MnFe-PBA前驱体，再经精确控温热解获得纳米酶；二是利用X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等表征手段解析材料结构；三是构建双模式传感系统，同步采集比色信号（肉眼/分光光度计）和电化学信号（电流响应）。

材料表征揭示独特结构
XRD分析显示，700℃热解产物形成了Mn₃Fe_2.7C晶相，而550℃样品仍保留PBA结构。透射电镜观察到直径约50nm的纳米颗粒被石墨化碳层包裹，表面生长的碳纳米管形成了三维导电网络。XPS证实材料中存在Mn²⁺/Mn³⁺和Fe⁰/Fe²⁺多价态，以及吡啶氮、石墨氮等活性位点，这些特征共同赋予了材料卓越的催化性能。

四重催化机制解析
研究发现该纳米酶同时具备：1）类氧化酶活性，可直接催化TMB（3,3',5,5'-四甲基联苯胺）显色；2）类过氧化物酶活性，能催化H₂O₂分解产生羟基自由基（·OH）；3）电催化氧化活性，可高效氧化DA；4）电催化还原活性，能快速还原H₂O₂。这种"四合一"特性源于Mn-Fe双金属的协同效应与氮掺杂碳基质的共同作用。

双模式传感性能验证
在比色模式下，DA检测线性范围为1.0-80.0μM（检出限0.44μM），H₂O₂为4.0-200.0μM（检出限0.29μM）；电化学模式则分别拓展至2.0-233.0μM和100.0-8650.0μM。实际样品测试中，牛奶、人工尿液、汗液和洗涤剂的加标回收率达87.6%-112.9%，且两种模式结果偏差<3%，显著优于单模式检测。

这项研究开创性地将PBA衍生材料发展为多功能纳米酶，实现了"一石四鸟"的检测效果。其重要意义在于：1）为复杂基质中生物标志物检测提供了自验证方案；2）推动了纳米酶从单一催化向多功能集成的发展；3）智能手机可视读出的设计提升了现场检测便利性。正如通讯作者Dong Qian和Junhua Li强调的，这种"材料设计-机理研究-应用开发"的研究范式，为下一代智能传感系统的构建提供了新思路。