没食子酸-铜纳米酶的化学计量比调控：优化的配位结构、类过氧化物酶活性与抗菌性能

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Stoichiometric Regulation of Gallic Acid-Copper Nanozymes for Optimized Coordination Structure, Peroxidase-Like Activity, and Antibacterial Performance

　　

摘要

本文在GA:Cu²⁺化学计量比从1:1到5:1的范围内制备了没食子酸（GA）-铜纳米酶，以阐明化学计量比如何调控配位组装、胶体稳定性、电子结构、类过氧化氢酶催化活性以及抗菌活性。在所有配方中，2:1样品表现出最小的水动力学直径（95.65 ± 4.20 nm）、最低的分散指数（0.19 ± 0.01）和最负的Zeta电位（?27.7 ± 2.80 mV），表明其具有优异的分散稳定性。形貌和XRD分析揭示该材料具有相对均匀、弱团聚且以无定形态金属-酚网络为主的特征。FT-IR、2D-COS、UV-Vis和XPS分析共同证实了Cu─O配位键的存在以及依赖化学计量比的局域电子环境调控作用；约320 nm处新吸收峰的出现归因于配体到金属的电荷转移。2:1纳米酶还表现出最高的类过氧化氢酶活性，其对TMB的Km值为0.034 mM，对H₂O₂的Km值为4.39 mM。EPR分析验证了在H₂O₂活化过程中产生了·OH自由基。DFT、BCP和IGMH分析进一步表明，最优的2:1构型采用了最稳定的配位模式，具有最低的键能（?69.8834 kcal/mol）和5.7082 eV的HOMO-LUMO能隙。在抗菌试验中，优化的纳米酶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出浓度依赖性的杀菌作用，且在H₂O₂存在时该作用显著增强。这些结果建立了GA-Cu纳米酶基于化学计量比的构效关系，并表明化学计量调控是优化其配位结构、胶体稳定性和催化活性的重要设计参数。总体而言，优化的GA-Cu_2:1配方为金属-酚催化抗菌材料的进一步开发和应用提供了合理依据，具有潜在的食品安全应用前景。

实际应用

采用天然丰富的没食子酸和铜离子作为纳米酶构建的可持续、低成本原料。通过化学计量调控（GA:Cu²⁺ = 2:1），实现了最优的配位结构、胶体稳定性和类过氧化氢酶活性，从而增强了基于ROS介导的抗菌效果。该体系提供了一种生物相容性良好的催化抗菌系统，可用于活性食品包装或抗菌涂层，以延长冷藏肉类和其他易腐食品的保质期。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

本研究中呈现的数据可由通讯作者按需获取。