可见光活化分子氧化物模拟酶用于可视化生物硫醇的检测

酶作为一种生物催化剂，能高效催化各类生物化学反应，在生物传感器、制药工艺、食品工业和农用化学品生产中具有较多的应用。然而，酶也存在一些问题：化学稳定性低、催化活性易受环境影响、制备和纯化的成本高等。近年来，人工模拟酶的发展有望克服传统酶的缺点，成为研究的重点、热点。

最近，西南科技大学国防科技学院的何毅课题组研究发现，9-均三甲苯基-10-甲基吖啶离子（Acr⁺-Mes）在低功率白光LED灯（12 W）的激发下具有类似天然氧化物酶的活性。研究表明，具有光活性的Acr⁺-Mes氧化物模拟酶能够高效催化各种常见小分子与大分子显色底物如3, 3', 5, 5'-四甲基联苯胺（TMB）、2, 2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐、多巴胺、二氨基联苯胺、细胞色素C等与溶解氧之间的氧化还原反应。Acr⁺-Mes氧化物模拟酶的米氏常数（K_m）为129 μM，远小于天然的辣根过氧化物酶的K_m（434 μM），表明Acr⁺-Mes氧化物模拟酶对TMB分子具有更强的亲和力。

通过电子顺磁共振谱、紫外-可见吸收光谱、自由基清除剂的研究，并结合文献报道，作者提出了光活化氧化物模拟酶的反应机理。Acr⁺-Mes在可见光的激发下，产生具有强氧化性的激发态，能直接氧化TMB，产生蓝色的氧化态TMB（oxTMB）与Acr^•-Mes自由基，产生的自由基与溶解氧反应，生成超氧基阴离子和Acr⁺-Mes，超氧基阴离子也能与TMB反应，二次产生oxTMB。

此外，他们利用生物硫醇的抗氧化性质、对生色体系的抑制效应，发展了高灵敏可视化的生物硫醇（L-半胱氨酸和L-谷胱甘肽）检测的新方法，其检测限为100 nM，比大多数报道的检测生物硫醇的方法都低。另外，开发的氧化酶模拟酶反应体系成功构建了三种分子逻辑门（AND、INH和NOR）。该研究在人工模拟酶、化学检测、生物传感、分子计算等领域具有良好的应用前景。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是西南科技大学的硕士研究生杜佳艳。

该论文作者为：Jiayan Du, Jinhu Wang, Wei Huang, Yuequan Deng and Yi He

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Visible Light-Activatable Oxidase Mimic of 9-Mesityl-10-Methylacridinium Ion for Colorimetric Detection of Biothiols and Logic Operations

Anal. Chem., 2018, 90, 9959, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b02197

何毅博士简介

何毅，讲师、博士生导师，2014年于中国科学技术大学取得分析化学博士学位，2014年4月入职西南科技大学国防科技学院，2016-2018年在新加坡南洋理工大学、新加坡国立大学从事博士后研究；主要研究领域为可视化的纳米比色分析，通过设计与制备具有强光学吸收/散射、催化性质的功能纳米材料，构建分析界面与传感体系、分子逻辑门及器件，应用于危险化学物质（高能炸药、放射性核素）、疾病标志物的可视化灵敏检测；近年来已在ACS Nano、Analytical Chemistry、Chemical Communications、ACS Applied Materials & Interfaces 和Biosensors and Bioelectronics 等国际学术期刊上发表论文50余篇，论文引用1000余次。