四氧化三铁纳米粒子在酶催化领域的应用研究进展

背景介绍磁性纳米材料具有良好的生物相容性、优异的磁性能、低毒性和高比表面积，一直被认为是非常有前途的载体材料，被广泛用于提取、分离和传感识别等领域。酶是一种由活细胞产生的具有高效催化作用的生物大分子，为解决天然酶稳定性差、在极端条件下易失活等问题，固定化酶技术应运而生。用化学合成方法制备具有类似酶活性的人工模拟酶，是克服天然酶缺点的另一途径。文章亮点1.探讨了Fe3O4印迹模拟酶在农用化学品和抗菌药物催化降解、光诱导有机物催化降解、电化学传感信号放大及肿瘤治疗等方面的研究进展；2.总结了Fe3O4NPs在酶催化领域所面临的挑战和未来的发展方向。

内容介绍1

Fe3O4

NPs在固定化酶领域的应用作为固定酶的新型载体，Fe3O4NPs具有独特的磁性能，比表面积大，与生物酶结合，既可以更好地从反应体系中分离和回收酶，不需要额外的离心过滤设备，又可以保护生物酶不受外界条件的干扰，提高催化活性，有效避免纳米粒子团聚现象的发生。1.1

共价结合法通过对Fe3O4

NPs表面进行改性或包覆其他材料，可以增加其表面特定基团和结合位点的数量，再与酶蛋白中的氨基、羧基和羟基等基团形成共价连接。对Fe3O4

NPs表面进行氨基化修饰，以戊二醛为交联剂，与含有氨基的α-葡萄糖苷酶直接进行共价连接（图1），用于筛选虎仗提取物中的酶抑制剂。图1

固定化α-葡萄糖苷酶的制备及活性测定示意图[11]利用修饰了氨基的金纳米粒子与脂肪酶共价结合（图2），固定化酶的稳定性和重复利用率显著提高，30d内仍未损失酶活性，循环使用6次后活性仍能达到初始值的95%。图2

基于磁性纳米颗粒修饰的功能化脂肪酶[13]1.2

静电吸附法在静电吸附法制备固定化酶的过程中，酶与载体之间靠正负电荷间的静电引力，不形成共价键，不影响酶的活性位点，载体可重复使用。1.3

共价-非共价结合法共价结合法制备的固定化酶结构稳定性强，但容易影响酶活性中心的结构。Liu等[17]首次采用吸附法和共价交联法相结合的方式制备了固定化酪氨酸酶，用于筛选酶抑制剂，他们将酪氨酸酶吸附在氨基化Fe3O4NPs表面，该方法稳定了酶的构象，然后通过戊二醛共价交联形成稳定的支架结构（图3），避免了共价和非共价法的缺点，经5次循环后活性仍能保持61%。图3

Fe3O4-NH2/GA/TYR颗粒制备示意图2

Fe3O4

NPs在模拟酶领域的应用早期的模拟酶是由环糊精、杯芳烃、卟啉和葫芦脲等传统杂环化合物通过仿生化学的方法合成，随着纳米技术和分子印迹技术在模拟酶领域的不断发展，纳米酶和印迹酶成为备受关注的热点。2.1

Fe3O4

NPs纳米酶Fe3O4NPs本身可以直接作为纳米酶用于催化领域，它具有类似过氧化物酶的特性，原理可以总结为芬顿、类芬顿反应或电子转移的过程，2.2

Fe3O4

NPs印迹酶分子印迹技术广泛应用于催化领域[41]，也是人工模拟酶构建的重要途径。印迹过程中，首先模板与单体以某种相互作用结合在一起，然后交联固定，聚合成分子印迹聚合物（Molecularimprintingpolymer，MIP），最后再除去聚合物中的模板分子，此时聚合物中就留下了相应的活性结构和识别位点。3

结论与展望Fe3O4

NPs作为一种易于制备、稳定性强的磁性材料，因其具有类似过氧化物酶的生物活性，在