自报告铜簇酶作为超小型发光漆酶用于神经递质肾上腺素的高灵敏催化检测

针对神经递质肾上腺素(EP)检测方法复杂、成本高的问题，研究人员开发了兼具漆酶(laccase)催化活性和荧光传感功能的Cys-His-CuNCs簇酶。该材料催化活性较天然漆酶提高44倍，可实现尿液中1 nM EP的荧光检测(线性范围1-20 nM)和10 nM的比色检测，并通过DFT计算揭示了Cu0/Cu2+氧化还原循环的分子机制，为精神疾病诊断提供了新型实时可视化检测工具。

　　

神经递质肾上腺素(EP)作为"应激激素"，其浓度异常与帕金森病、精神分裂症等神经系统疾病密切相关。然而现有检测方法如液相色谱-质谱(LC-MS)耗时昂贵，而电化学传感器等又难以实现实时可视化检测。更棘手的是，天然漆酶虽能催化EP反应，但存在稳定性差、成本高等缺陷。这一困境催生了对新型仿生催化材料的需求。

中国的研究人员受天然漆酶结构启发，创新性地设计出兼具催化与荧光双功能的铜簇酶Cys-His-CuNCs。这种以铜原子为催化中心、组氨酸和半胱氨酸分别作为识别单元和荧光辅助单元的材料，不仅解决了天然酶稳定性问题，更实现了检测信号的自我报告。相关成果发表在《Analytica Chimica Acta》上，为精神疾病诊断提供了突破性工具。

研究采用透射电镜(TEM)表征纳米结构，通过密度泛函理论(DFT)计算反应机制，结合荧光光谱和比色法建立检测方法，并采用LC-MS验证准确性。尿液样本分析证实了方法的可靠性。

【Nanostructure of CysHis-CuNCs】
TEM显示Cys-His-CuNCs为平均直径2.62 nm的球形颗粒，高分辨图像可见2.17 ?的晶面间距，对应金属Cu的(111)晶面。EDS证实材料含Cu、S等元素，XPS分析揭示Cu存在Cu⁰/Cu⁺/Cu²⁺混合价态，这种独特的电子结构是其高催化活性的基础。

【Conclusions】
研究发现Cys-His-CuNCs通过Cu⁰/Cu²⁺氧化还原循环催化EP酚羟基氧化，生成肾上腺色素等中间体并最终转化为荧光产物3,4-二羟基苯乙酮(3,4-DHAP)。Cu⁺的增加与荧光产物的积累共同导致荧光增强，实现检测信号的自报告。该方法检测限达1 nM，较传统方法灵敏度显著提升。

这项研究开创性地将簇酶催化与荧光传感功能集成于2.62 nm的纳米结构中，不仅阐明了铜价态转换的分子机制，更建立了首个能实时显示反应进程的自报告检测系统。其突破性在于：一是仿生设计使催化效率超越天然酶44倍；二是可视化检测为精神疾病床边诊断提供可能；三是超小尺寸特性为穿越血脑屏障(BBB)开展脑部检测奠定基础。这种"检测即治疗"的多功能纳米平台，为神经退行性疾病的早期诊断开辟了新途径。