综述:具有漆酶活性的纳米酶开发及其与新兴传感技术结合的分析应用

【字体: 时间:2025年06月30日 来源:Talanta 5.6

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  这篇综述系统总结了铜基小分子配体(尤其是非生物配体)构建的漆酶样纳米酶(laccase-like nanozymes)最新进展,重点探讨其与机器学习辅助传感器阵列(ML-assisted sensor arrays)、逻辑门(logic gates)和时间-温度指示器(TTIs)等智能分析技术的协同应用,为食品安全和环境监测领域提供了新型检测策略。

  

漆酶样纳米酶:从仿生设计到智能检测的革命

Abstract
漆酶样纳米酶作为纳米酶的重要分支,近年来因其环境友好特性(催化过程不产生H2O2)和稳定优势备受关注。随着人工智能与传感技术的发展,这类材料在污染物检测领域展现出前所未有的潜力。

Introduction
天然漆酶(laccase)是一种含四个Cu2+的多铜氧化酶,其活性中心包含T1、T2和T3三种铜离子构成的催化核心。然而天然酶稳定性差、成本高的问题催生了纳米酶替代研究。2017年,GMP-Cu的合成首次实现了漆酶活性中心的仿生模拟,而2019年Cu/H3BTC在肾上腺素检测中的应用标志着该技术进入分析化学领域。

Categories of laccase-like nanozymes
当前漆酶样纳米酶主要分为:

  1. 金属有机框架(MOF)类:如Cu/H3BTC通过Cu2+与苯三羧酸配位,模拟天然酶三核铜簇(TNC)结构
  2. 单原子纳米酶:高原子利用率显著提升催化效率
  3. 磁性复合材料:如Fe3O4@Cu-MOF兼具磁回收性与催化活性

Analytical applications
在环境污染物检测中,这些纳米酶表现出独特优势:

  • 酚类化合物:通过氧化显色反应检测BPA(双酚A)等污染物,检测限低至0.1 μM
  • 抗生素:结合机器学习算法实现四环素类抗生素的阵列识别
  • 农药残留:逻辑门系统可对蜂蜜中硫丹等农药进行组合判断

Emerging technologies integration

  1. 机器学习辅助阵列:利用卷积神经网络(CNN)分析纳米酶催化产生的多色信号,使农药检测灵敏度提升10倍
  2. 逻辑门设计:Cu-Gaa纳米酶通过温度/MnCl2调控实现酶活"开关",构建AND/OR逻辑运算
  3. 智能手机平台:微信小程序实时解析RGB值,实现吡虫啉的现场定量

Perspective
未来发展方向包括:

  • 开发更精确的TNC仿生结构
  • 建立标准化活性评价体系
  • 拓展纳米酶在活体检测中的应用

这种"人工酶+智能技术"的创新模式,正推动环境监测从实验室走向实时化、智能化。

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