擬過氧化物酶活性納米傳感及其在果蔬農(nóng)殘快檢中的應(yīng)用研究進(jìn)展

背景介紹目前果蔬農(nóng)藥殘留超標(biāo)的問題屢見不鮮，嚴(yán)重影響公共安全，然而大型儀器現(xiàn)無法滿足快速、高效檢測農(nóng)藥的要求。為了提高快檢方法的靈敏度和抗干擾能力，具有信號放大和高化學(xué)穩(wěn)定性的納米擬酶材料已被廣泛研究，其中具有擬過氧化酶活性的納米材料（POD-NPs）是目前果蔬農(nóng)殘免儀器快速檢測的主要研究方向之一。該文綜述了POD-NPs的種類、特點、應(yīng)用、合成方法、催化機(jī)理以及農(nóng)藥檢測機(jī)制，旨在為POD-NPs及其在農(nóng)殘快檢中的研究提供參考。文章亮點1對擬過氧化酶活性納米材料（POD-NPs）的種類、特點、應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹；2詳細(xì)的總結(jié)了POD-NPs的合成方法和擬酶活性的催化機(jī)理；3對POD-NPs識別農(nóng)藥的機(jī)制進(jìn)行了分析和歸納，并對POD-NPs未來的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了展望。內(nèi)容介紹1POD-NPs的種類、特點及應(yīng)用隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米擬酶材料的研究不斷取得新的成果，并在生物催化領(lǐng)域具有活性可控、成本較低、受客觀影響小等的優(yōu)勢。POD-NPs種類繁多，目前研究較為廣泛的主要為貴金屬基、金屬氧化物基和納米卟啉復(fù)合材料等，它們所具備的POD活性可用于生物傳感、化學(xué)檢測、生物醫(yī)療等多個領(lǐng)域。表1總結(jié)了近幾年P(guān)OD-NPs檢測農(nóng)藥殘留的應(yīng)用實例。表1

POD-NPs在果蔬農(nóng)殘快檢中的應(yīng)用注2POD-NPs的催化機(jī)制、活性調(diào)節(jié)策略和制備方法2.1

POD活性催化機(jī)制

Fe3O4納米材料（Fe3O4-NPs）被提出具有擬過氧化物酶催化活性[54]。進(jìn)一步研究表明Fe3O4-NPs催化反應(yīng)遵循乒乓反應(yīng)機(jī)制，即Fe3O4可與第一底物H2O2結(jié)合生成中間體?OH，生成的?OH會從氫供體（TMB/ABTS/OPD）中捕獲一個H+，完成催化氧化過程并產(chǎn)生顏色變化。隨后通過電子自旋共振(ESR)測量與自由基抑制實驗相結(jié)合，監(jiān)測到反應(yīng)中間體?OH的產(chǎn)生，驗證了Fe3O4-NPs的催化機(jī)制（圖1）[55]。

圖1

POD-NPs催化機(jī)制2.2

POD活性調(diào)節(jié)2.3

POD-NPs的制備方法化學(xué)法制備納米材料過程中，通常會利用修飾劑或穩(wěn)定劑如硫醇、胺類、膦、表面活性劑、聚合物和天然大分子（殼聚糖、蛋白質(zhì)、DNA等）等產(chǎn)生配位鍵、離子鍵以及空間效應(yīng)來調(diào)控納米材料的大小和形貌、穩(wěn)定性以及理化性質(zhì)（圖2）。圖2

POD-NPs的分類、制備方法及結(jié)構(gòu)特點3POD-NPs的農(nóng)藥檢測機(jī)制基于酶抑制反應(yīng)的檢測機(jī)制能夠簡化POD-NPs的修飾調(diào)控過程。表2對目前已知的POD-NPs識別農(nóng)藥的檢測機(jī)制進(jìn)行了簡單的歸納匯總。表2

POD-NPs識別農(nóng)藥的機(jī)制匯總4總結(jié)與展望目前常用的具有POD活性的納米材料主要以貴金屬納米材料、金屬氧化物納米材料和納米卟啉復(fù)合材料為主，其種類多樣、結(jié)構(gòu)多變、形式豐富、應(yīng)用廣泛，除了納米材料本身固有的尺寸優(yōu)勢，還具有易于修飾和制備、生物相容性好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，使其被廣泛應(yīng)用于果蔬農(nóng)殘的快速靈敏檢測。但目前報道的針對農(nóng)藥的檢測仍存在檢測種類少、難以實現(xiàn)多種農(nóng)藥同時檢測、納米擬酶材料合成重復(fù)性差等局限性。面對當(dāng)前的研究困境，研究者應(yīng)該對相關(guān)農(nóng)藥分子的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行深入剖析，開發(fā)能與多種農(nóng)藥特征官能團(tuán)發(fā)生特異性作用的納