近年来，基于植物的酶因其可以在多个领域使用、对生物体安全以及在低温下加速复杂的生化过程而受到广泛关注。其中之一就是β-淀粉酶（EC 3.2.1.2），它是一种外切作用碳水化合物酶，能够分解α-1,4-糖苷键释放麦芽糖单元。这使得β-淀粉酶在食品加工、酿造、医药和生物转化行业中具有重要应用（Das & Kayastha, 2019; Das & Kayastha, 2018）。淀粉本身仍然是食品、酿造及相关行业中这些碳水化合物活性酶处理的最重要原料之一（Das & Kayastha, 2023）。
酶非常有用，但由于它们“自由”或可溶性状态的一些根本问题，它们在工业中的应用并不广泛。当自由酶暴露在恶劣的工作条件下（如高温、低pH值或与有机溶剂接触）时，它们会变性（Singh et al., 2025）。此外，由于难以回收和再利用，必须不断向过程中添加新鲜的酶。这大大增加了运营成本，使得持续、大规模且经济可行的生产变得不可行（da Costa et al., 2022）。
研究正转向更先进的支撑材料，以克服生物催化中的活性与稳定性之间的Trade-off，推动了纳米生物催化的发展。如Fe3O4、TiO2和碳衍生物等纳米材料（NMs）相比传统支撑材料具有更好的性能（Singh et al., 2025）。早期的研究者使用了各种纳米颗粒，如MoSe2（Kumar et al., 2024）、WS2（Agrawal et al., 2020）和MoS2-NSs（Das et al., 2017），这些材料显示出很高的固定化效率。此外，VS2-壳聚糖（Kumar et al., 2024）、壳聚糖-解链MWCNT（Kumar et al., 2025）等复合材料在酶固定化方面也表现出良好的效果。纳米材料具有较高的表面积与体积比，能够实现高酶负载量并改善底物的可及性，同时其独特的特性提高了稳定性并简化了分离过程（Kumar et al., 2024）。
严格来说，SnS2并不属于过渡金属硫属化合物（TMD）：锡是一种p区块后过渡金属，而不是d区块过渡元素，因此SnS2更准确地被描述为层状金属硫属化合物（LMD），其晶体结构类似于CdI2类型的六方晶格（Huang et al., 2014）。这一区别对于选择支撑材料具有实际意义。由于锡在地壳中含量丰富、成本低，并且比构成先前报道的TMD固定化支架MoS2、WS2和MoSe2（Das et al., 2017; Agrawal et al., 2020; Kumar et al., 2024）的VI族过渡金属（Mo、W）毒性低得多，基于SnS2的支撑材料避免了与Mo和W基纳米材料相关的许多成本、供应和生物安全问题，同时保持了使TMD适用于酶固定化的层状高表面积结构（Lee & Jeon, 2025）。此外，与主要因其电子和结构特性而被用于酶固定的MoS2、WS2和MoSe2不同，SnS2还具备内在的抗氧化和抗菌活性（Khimani et al., 2019），这是迄今为止在用于β-淀粉酶固定的传统TMD支撑材料中未见的双重功能。正是这种实际优势（丰富性、成本、生物安全性）以及额外的生物活性，而不是声称SnS2彻底取代现有TMD基支架，促使我们选择它作为本研究的固定化基质。
在本研究中，使用了硫化锡（SnS2）纳米片（Nfks）作为固定化基质。SnS2是一种层状金属硫属化合物（LMD），属于TMD家族的后过渡金属同类物，具有层状结构和六方晶体形状（Giri et al., 2019; Huang et al., 2014）。选择SnS2纳米材料有多种实际原因：它们价格低廉，在水中和各种化学物质中稳定，环境无害，并且具有抗氧化和抗菌性能（Khimani et al., 2019）。这使得它比贵金属或更复杂的设计的支撑材料更具优势（Feng et al., 2011）。此外，SnS2-Nfks可以分裂成非常薄的纳米片，展现出最常见的（001）晶面，从而形成高度密集的二维支架，易于附着酶（Giri et al., 2019）。
关于类似金属硫化物系统的研究主要集中在电子学和气体传感领域；然而，最近的研究强调了这些半导体2D材料在稳定蛋白质和增强生物传感性能方面的潜力（Kim et al., 2023）。本研究不仅利用SnS2为酶提供稳定的锚点，还利用2D晶格的独特半导体特性来积极修改酶的功能，从而使其性能超越单纯的稳定性。
在当前研究中，工艺优化对于以最少的时间、金钱和努力获得最佳结果至关重要。这涉及到选择关键因素的最佳水平以实现预期的效果。使用了多种实验设计方法，如Taguchi技术、因子设计、人工神经网络和响应面方法（RSM）（Asghar et al., 2014; Yadav et al., 2014）。RSM在酶固定化中非常有用，因为它需要较少的实验次数，并利用统计分析通过等高线和表面图来确定最佳实验条件。
尽管用于生物催化的二维纳米材料种类日益增多，但迄今为止，SnS2几乎仅被研究作为电化学生物传感平台的组成部分，通常与贵金属纳米颗粒结合使用，其主要作用是增强电子传输，而不是直接稳定结合的水解酶（Kucherenko et al., 2019）；将其作为水合酶的共价固定化基质的研究尚未见报道。同样，虽然少数植物来源的β-淀粉酶（如Arachis hypogaea中的β-淀粉酶）已被证明具有内在的抗氧化性能（Das & Kayastha, 2018），但Ficus benghalensis的β-淀粉酶只是最近才被鉴定和表征，且仅仅是因其生物膜降解活性（Kumar et al., 2026）；将其与二维金属硫化物纳米结构结合以实现同时的催化稳定和抗氧化增强效果的研究尚未进行。本研究解决了两个问题：（i）首次将SnS2纳米片作为水合酶的共价固定化支架；（ii）首次证明这种组合产生了固定化诱导的协同抗氧化效果，这与新兴证据一致，即将生物活性分子异质化到纳米结构支撑上可以保持或增强自由基清除功能（Szerlauth et al., 2023）。
因此，本研究通过系统地将从Ficus benghalensis果实中分离出的β-淀粉酶固定到2D SnS2-Nfks上，开发了一种多功能纳米生物催化剂。该工作建立了一种可重复的酶固定化方案，合成了SnS2支撑材料并对其进行了表征，并构建了稳定的β-淀粉酶-SnS2系统。增强的操作稳定性、重复使用性能和显著提高的内在抗氧化活性证明了基于二维层状金属硫属化合物的生物界面的优势，提供了一个无毒且经济可行的先进、可回收的生物催化平台。
