仿生氧化酶纳米酶的设计及其在毒死蜱检测与四环素降解中的应用研究

针对天然氧化酶稳定性差、成本高等瓶颈问题，研究人员受多铜氧化酶启发，设计出具有Ce4+/Ce3+氧化还原活性的Ce-UiO-66和Ce-MOF-808纳米酶，实现了对2,4-DP和TMB的高效催化，并成功应用于农药残留检测和抗生素降解，为环境修复提供新策略。

　　

在环境污染物治理领域，天然氧化酶虽具有高效催化特性，但其脆弱的分子结构和苛刻的保存条件严重限制了实际应用。以漆酶（laccase）为代表的多铜氧化酶，虽能催化多种有机污染物降解，但铜离子易流失、回收困难等问题长期困扰研究者。如何通过仿生策略开发兼具高活性和稳定性的替代材料，成为环境催化领域的重要挑战。

广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所（Key Laboratory of Functional Foods, Ministry of Agriculture and Rural Affairs）的研究团队独辟蹊径，从漆酶的铜活性中心获得灵感，提出"金属活性中心仿生"新思路。他们发现铈（Ce）元素的变价特性（Ce⁴⁺/Ce³⁺）与铜氧化酶中Cu²⁺/Cu⁺的电子传递模式高度相似，由此设计出两种新型纳米酶——Ce-UiO-66和Ce-MOF-808，相关成果发表在《Journal of Hazardous Materials》。

研究采用溶剂热法合成MOFs材料，通过X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）验证结构特征，利用紫外-可见光谱测定氧化酶活性，并建立比色传感体系评估实际应用性能。

设计、合成与表征纳米酶
通过模拟漆酶的多铜活性中心，团队选择具有固有变价特性的铈作为金属节点，构建了周期性多孔框架结构。表征显示，Ce-UiO-66和Ce-MOF-808能有效催化2,4-DP和TMB氧化，其单位质量催化效率显著高于天然漆酶。

环境应用验证
在毒死蜱（CPs）检测中，纳米酶与乙酰胆碱酯酶联用，通过抑制率定量农药残留，检测限达0.033 μM；对四环素类（TCs）抗生素的氧化降解实验显示，6小时内去除率超过90%，且经5次循环后仍保持80%以上活性。

环境意义
研究首次实现铈基MOFs对多铜氧化酶的精准仿生，突破了传统纳米酶设计依赖经验试错的局限。所开发的材料兼具批量稳定性（相对活性偏差<5%）和操作稳定性（室温储存30天活性保持95%），为农药残留监测和抗生素污染治理提供了可产业化的解决方案。

这项工作的创新性体现在三方面：理论层面阐明了变价金属活性中心仿生的可行性；技术层面建立了MOFs纳米酶的理性设计方法；应用层面拓展至环境健康领域。正如作者所述，该研究"从理论和实践两个维度推动了纳米酶工程的发展"。