基于超临界流体技术的聚合物纳米反应器构建Mn2O3中空纳米酶颗粒的研究

中空金属氧化物纳米颗粒因其独特的结构优势和可调的形态属性在催化等领域得到了广泛的应用。其中，多价态的过渡金属锰氧化物一直以来都是研究的热点。然而，许多传统的化学制备方法难以准确地控制锰氧化物中锰的价态，一般得到多价态复合型的氧化锰材料。因此，如何通过快速、绿色的方法制备形貌与价态可控的中空氧化锰纳米材料仍然是一个挑战。超临界二氧化碳流体技术作为一种绿色化学工艺，因其具有良好的操作性能、环境友好性、可调控性等优点，在纳米颗粒制备方面具有显著的优势。

图1. 基于超临界流体技术的聚合物纳米反应器构建Mn₂O₃中空纳米酶颗粒研究示意图。

近日，华侨大学生物材料与组织工程研究所陈爱政教授团队通过利用超临界流体强制溶液分散法（Solution enhanced dispersion by supercritical fluids, SEDS）成功制备了分散性良好、粒径可控的聚合物纳米反应器——含有正三价乙酰丙酮锰（Manganese(III) acetylacetonate, Mn(acac)₃）的聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl pyrrolidone, PVP）纳米颗粒。而后，在600 ℃一步煅烧制备中空的三氧化二锰纳米颗粒（Mn₂O₃ hollow nanoparticles, MHNs）。

图2. （A）制备的Mn(acac)₃/PVP纳米颗粒的扫描电镜图像；（B）Mn(acac)₃/PVP纳米颗粒粒度分布的统计分析；（C, D）不同放大倍数下MHNs的透射电镜图像；（E）MHNs的高分辨率透射电镜图以及选区电子衍射（插图）；（F）基于透射电镜的MHNs元素映射；（G）Mn(acac)₃/PVP与MHNs的N₂吸附-脱附等温线以及（H）通过BJH法得到的相应孔径分布曲线。

同时利用MHNs与显色底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺（3,3',5,5'-tetramethylbenzidine, TMB）的反应建立“双酶”催化体系——类过氧化物酶与类葡萄糖氧化酶反应体系并计算过氧化氢与葡萄糖的检测限，通过Michaelis-Menten曲线计算类过氧化物酶的稳态动力学参数，证实MHNs的“双酶”效应。

图3. “双酶”活性的确认。（A）基于MHNs验证类过氧化物酶活性反应的紫外-可见光吸收曲线；（B）基于MHNs验证类葡萄糖氧化酶活性反应的紫外-可见光吸收曲线；（C）Mn(acac)₃/PVP纳米颗粒与MHNs的类过氧化物酶催化活性对比；（D）MHNs-TMB-H₂O₂体系紫外-可见光谱随时间的变化过程。插图为反应溶液颜色的可见变化过程；类过氧化物酶MHNs催化TMB的最佳（E）pH值和（F）温度；MHNs稳态动力学分析 （G）TMB浓度为1.0 mM以及（H）H₂O₂浓度为100 mM。

这一成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces 上，文章的通讯作者为华侨大学生物材料与组织工程研究所陈爱政教授，第一作者是华侨大学2017级硕士研究生康泽文。

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）：

Supercritical Fluid-assisted Fabrication of Manganese(III) Oxide Hollow Nanozymes Mediated by Polymer Nanoreactors for Efficient Glucose Sensing Characteristics

Ze-Wen Kang, Ranjith Kumar Kankala, Biao-Qi Chen, Chao-Ping Fu, Shi-Bin Wang, Ai-Zheng Chen*

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b05688

陈爱政教授简介

四川大学生物医学工程专业博士（2007），香港理工大学博士后（2007-2009），哈佛医学院、哈佛大学-麻省理工学院HST访问学者（2015-2016）。目前担任中国生物材料学会复合材料分会秘书长、华侨大学生物材料与组织工程研究所所长、福建省科技创新团队带头人、福建省博士生导师团队带头人，入选福建省百千万人才工程、福建省高校新世纪优秀人才。主要从事超临界流体技术及生物材料与组织工程领域的研究，主持国家自然科学基金海峡联合重点项目、面上项目、国家重点研发计划重点专项子任务等国家级课题6项。

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