导电性毛发状Janus颗粒高效固定非特异性过氧酶及其在生物传感器中的应用研究

这篇研究展示了在导电银颗粒表面生长PDMAEMA聚合物刷（毛发状结构）并成功固定非特异性过氧酶（UPOs）的创新方法。通过均质和Janus设计，实现了酶的高效可逆固定，同时保持其活性。特别地，Janus颗粒保留了核心导电性，为电化学生物传感器开发提供了新思路。研究首次证明MroUPO在导电Janus颗粒上的固定，其重复使用性和pH响应特性为环境监测和药物分析提供了潜在应用价值。

　　

导电性毛发状颗粒的设计与酶固定化突破

研究团队开发了具有导电银核心和聚合物刷（PDMAEMA）的均质及Janus结构颗粒，用于高效固定非特异性过氧酶（UPOs）。通过原子转移自由基聚合（ATRP）技术控制PDMAEMA链长，Janus设计保留了银核的导电性，为后续电化学应用奠定基础。

模型酶验证与UPOs固定化优化

以漆酶（TveLac和PciLac）为模型，发现Janus颗粒（Ag@PDMAEMA-JP）因空间位阻降低，负载效率显著高于均质颗粒。UPOs固定化中，Marasmius rotula UPO（MroUPO）在pH 6.0时表现最佳（9.7 U_VA/mg颗粒），而Agrocybe aegerita UPO（AaeUPO）因等电点（IEP 7.1）较高导致固定失败。电动力学分析揭示，PDMAEMA刷的阳离子特性（IEP 9.0）与酶表面电荷的匹配是固定关键。

pH依赖性与应用潜力

固定化MroUPO的pH最适反应从5.5移至7.0，推测因聚合物刷-酶复合物形成局部带电纳米环境所致。颗粒经1 M NaCl清洗后可重复使用，三次循环后活性保持70%。其导电核心与高酶负载量（215 μg蛋白/mg颗粒）使其成为电化学传感的理想材料，尤其在药物污染物监测中潜力显著。

技术细节与创新点

研究通过扫描电镜（SEM）和热重分析（TGA）证实聚合物刷厚度（4-23 nm）与酶负载量正相关。Janus颗粒的独特结构通过蜡-水Pickering乳液法制备，避免了传统固定方法对电极导电性的破坏。未来可探索该载体在级联酶反应或工业催化中的应用。

局限性与展望

部分UPOs（如rAaeUPO）固定效率低，可能与糖基化屏蔽效应有关。后续需优化聚合物刷化学性质以拓展酶兼容性。该工作为多功能生物传感器设计提供了新范式。