基于Cu2O纳米立方体仿漆酶纳米酶的自供能传感器高灵敏检测杀菌剂甲基硫菌灵

针对传统酶基生物传感器稳定性差、检测灵敏度低的问题，研究人员开发了一种基于Cu2O纳米立方体（NCs）仿漆酶活性的双室生物燃料电池（BFC）自供能传感器。通过TM与Cu(II)/Cu(I)活性位点特异性结合抑制开路电位（OCP）的原理，实现了0.11 μM检测限的甲基硫菌灵（TM）精准检测，为农药残留监测提供了新策略。

　　

在农业病虫害防治领域，甲基硫菌灵（TM）作为高效苯并咪唑类杀菌剂被广泛使用，但其生物毒性引发的食品安全隐患不容忽视。传统检测方法如高效液相色谱虽可靠，却存在设备昂贵、操作复杂等局限；而天然漆酶构建的生物传感器又面临稳定性差、输出功率低的瓶颈。如何开发兼具高灵敏度和稳定性的检测技术，成为当前环境监测和食品安全领域的迫切需求。

山东大学（根据National Key Research and Development Program资助信息推断）的研究团队创新性地利用Cu₂O纳米立方体（NCs）的仿漆酶活性，构建了首例基于纳米酶的自供能生物传感器。该研究通过简单还原法合成的Cu₂O NCs展现出优异的类漆酶催化性能，能高效氧化邻苯二酚。研究人员据此设计双室生物燃料电池（BFC）：阳极室采用Cu₂O NCs修饰玻碳电极（GCE），阴极室配备胆红素氧化酶（BOD）/多壁碳纳米管（MWCNTs）复合电极。当TM分子中乙二胺样基团与Cu²⁺/Cu⁺活性位点形成Cu-N键时，纳米酶活性被特异性抑制，导致BFC开路电位（OCP）显著降低，由此建立TM定量检测新方法。相关成果发表于《Microchemical Journal》。

关键技术包括：1）Cu₂O NCs的仿漆酶活性表征；2）双室BFC组装与电化学性能测试；3）TM抑制机理的X射线光电子能谱（XPS）验证；4）实际样品（土壤/海水）加标回收实验。

研究结果显示：
• 材料表征：透射电镜证实Cu₂O NCs呈规整立方体结构（约200 nm），能量色散X射线谱显示Cu、O元素均匀分布，XPS证实Cu⁺/Cu²⁺共存体系。
• 催化性能：在最佳pH 4.0条件下，Cu₂O NCs对邻苯二酚氧化的米氏常数（K_m）为0.23 mM，催化效率超越天然漆酶。
• 传感性能：ΔOCP与TM浓度在0.5-40 μM范围内呈线性关系，检测限达0.11 μM（信噪比3σ/S），且不受其他杀菌剂（如氯氰菊酯）干扰。
• 实际应用：土壤和海水样本加标回收率为94.6%-106.3%，相对标准偏差<5.2%。

该研究开创性地将纳米酶应用于自供能传感领域，其重要意义体现在三方面：首先，Cu₂O NCs替代天然漆酶解决了生物传感器稳定性差的行业难题；其次，基于金属配位作用的抑制型检测机制为小分子污染物监测提供了新思路；最后，BFC技术利用酚类污染物作为燃料，实现了环境治理与能源回收的双重效益。这项工作为发展新一代便携式检测设备奠定了理论基础，同时拓展了纳米酶在环境健康领域的应用边界。