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纳米胶囊技术大幅提高酶生物传感器稳定性_科技频道_东

发布日期:2020-07-25 07:58   来源:未知   阅读:

科技日报记者?郝晓明

酶是一类极为重要的生物催化剂,具有显著的选择性和特异性。但由于酶对外界环境如温度、溶剂、pH值等高度敏感且保质期很短,因此限制了酶生物传感器的更广泛应用。近日,中科院大连化物所卢宪波研究员和陈吉平研究员团队给酶“穿上”铠甲,大幅提高了酶生物传感器的热稳定性、有机溶剂耐受性、酸碱耐受性、存储稳定性等性能。

?图片说明:基于纳米胶囊技术的生物传感器制备、检测应用和稳定性提高示意图(郝晓明)

据介绍,将酶单分子纳米胶囊技术应用于酶生物传感器上,使酶生物传感器“穿上”铠甲,将在分析领域、生物医学检测领域、可穿戴设备、植入式设备等领域具有潜在的应用价值。相关研究成果发表在《生物传感器和生物电子学》和《分析化学》等期刊上。

酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元,通过捕捉目标物与酶之间反应所产生的信号,实现对目标物定量测定的微型化检测仪器。在传统的研究中,科研人员利用纳米材料的纳米调控效应,提高了酶生物传感器的灵敏度和检出限等能力,但这对于提高酶生物传感器的稳定性作用却并不显著。

酶单分子纳米胶囊技术是将酶单分子用一个聚合物“包裹”起来,形成一个类似胶囊的结构。包裹的胶囊具有多孔结构,可以保证酶与目标物之间的反应不受影响,保持了酶的活性。同时,包裹的胶囊可以很好的“保护”酶单分子不受外界环境影响,提高了酶的稳定性。

为验证应用纳米胶囊技术的酶生物传感器的稳定性能,该团队分别利用葡萄糖氧化酶和酪氨酸酶为模型酶,在水环境中采用简单的室温原位自由基聚合策略,将上述酶的单分子封装在多孔的聚合物壳内,研制出高活性、高稳定性的单分子酶纳米胶囊。

研究发现,聚合物外壳可以有效地稳定内部葡萄糖氧化酶和酪氨酸酶核心,同时多孔结构实现了目标物的快速运输,从而形成了一类具有突出活性和稳定性的新型生物催化纳米胶囊。聚合物薄层与酶分子之间的多重共价结合增强了被包裹的酶分子稳定性,为其提供了良好的微环境,避免了高温和强酸碱等条件下的结构变性,并有助于在有机溶剂体系操作过程中保留酶活性所必需的水分子。

以热稳定性为例,在65℃下孵育2小时后,基于天然酪氨酸酶的传感器残留相对活性只剩23.2%,而基于酪氨酸酶纳米胶囊的传感器相对活性仍然可以保持52.7%以上。

据介绍,基于葡萄糖氧化酶纳米胶囊和酪氨酸酶纳米胶囊的传感器分别在血糖检测和双酚A检测中展示了良好的性能,且有着显著提高的热稳定性、有机溶剂耐受性、酸碱稳定性和长存储寿命。

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