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【编委专辑】中南民族大学付海燕教授:拟过氧化物酶活性纳米传感及其在果蔬农残快检中的应用研究进展

引用本文:曾雪晴,陈亨业,佘远斌,等. 拟过氧化物酶活性纳米传感及其在果蔬农残快检中的应用研究进展[J]. 化学试剂, 2023, 45(6):88-96.

DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0093


付海燕 《化学试剂》编委


国家优秀青年基金获得者,中南民族大学药学院院长。长期从事食药安全品质和质量溯源检测新方法新技术研究。主持国家重点研发计划重点专项项目课题1项(2584万)、国家自然科学基金项目5项等各级各类项目近20项。在本研究领域发表国内外学术论文178篇。授权国内外专利57件,获软件著作权9部。入围最新全球顶尖前10万科学家排名单,获中国青年化学家元素周期表Cd元素代言人和国家民委中青年英才等称号。兼任中国化学会计算(机)化学专业委员会委员、中国生态学学会中药资源生态专委会常务委员、中国民族医药学会健康产业分会副会长等社会兼职。担任J. Sci. Food Agr., J. Food Compos. Anal.等五个SCI期刊在内的10余个国内外期刊的编委、客座主编或客座编辑




背景介绍

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目前果蔬农药残留超标的问题屡见不鲜,严重影响公共安全,然而大型仪器现无法满足快速、高效检测农药的要求。为了提高快检方法的灵敏度和抗干扰能力,具有信号放大和高化学稳定性的纳米拟酶材料已被广泛研究,其中具有拟过氧化酶活性的纳米材料(POD-NPs)是目前果蔬农残免仪器快速检测的主要研究方向之一。该文综述了POD-NPs的种类、特点、应用、合成方法、催化机理以及农药检测机制,旨在为POD-NPs及其在农残快检中的研究提供参考。


文章亮点


1

对拟过氧化酶活性纳米材料(POD-NPs)的种类、特点、应用进行了系统的介绍;

2

详细的总结了POD-NPs的合成方法和拟酶活性的催化机理

3

POD-NPs识别农药的机制进行了分析和归纳,并对POD-NPs未来的发展和应用进行了展望。

内容介绍








1

POD-NPs的种类、特点及应用


随着纳米技术的不断发展,纳米拟酶材料的研究不断取得新的成果,并在生物催化领域具有活性可控、成本较低、受客观影响小等的优势。POD-NPs种类繁多,目前研究较为广泛的主要为贵金属基、金属氧化物基和纳米卟啉复合材料等,它们所具备的POD活性可用于生物传感、化学检测、生物医疗等多个领域。表1总结了近几年POD-NPs检测农药残留的应用实例。

1  POD-NPs在果蔬农残快检中的应用

2

POD-NPs的催化机制、活性调节策略和制备方法

2.1  POD活性催化机制
Fe3O4纳米材料(Fe3O4-NPs)被提出具有拟过氧化物酶催化活性[54]。进一步研究表明Fe3O4-NPs催化反应遵循乒乓反应机制,即Fe3O4可与第一底物H2O2结合生成中间体•OH,生成的•OH会从氢供体(TMB/ABTS/OPD)中捕获一个H+,完成催化氧化过程并产生颜色变化。随后通过电子自旋共振(ESR)测量与自由基抑制实验相结合,监测到反应中间体•OH的产生,验证了Fe3O4-NPs的催化机制(图1[55]

1  POD-NPs催化机制[55]
2.2  POD活性调节
2.3  POD-NPs的制备方法
化学法制备纳米材料过程中,通常会利用修饰剂或稳定剂如硫醇、胺类、膦、表面活性剂、聚合物和天然大分子(壳聚糖、蛋白质、DNA等)等产生配位键、离子键以及空间效应来调控纳米材料的大小和形貌、稳定性以及理化性质(图2)。

2  POD-NPs的分类、制备方法及结构特点

3

POD-NPs的农药检测机


基于酶抑制反应的检测机制能够简化POD-NPs的修饰调控过程。表2对目前已知的POD-NPs识别农药的检测机制进行了简单的归纳汇总。

2  POD-NPs识别农药的机制汇总

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4

总结与展望

目前常用的具有POD活性的纳米材料主要以贵金属纳米材料、金属氧化物纳米材料和纳米卟啉复合材料为主,其种类多样、结构多变、形式丰富、应用广泛,除了纳米材料本身固有的尺寸优势,还具有易于修饰和制备、生物相容性好、稳定性好等优点,使其被广泛应用于果蔬农残的快速灵敏检测。但目前报道的针对农药的检测仍存在检测种类少、难以实现多种农药同时检测、纳米拟酶材料合成重复性差等局限性。面对当前的研究困境,研究者应该对相关农药分子的结构特性进行深入剖析,开发能与多种农药特征官能团发生特异性作用的纳米拟酶材料;同时,针对待测农药的结构特征和性质对拟酶材料进行特异性的结构优化来增大检测特异性并提高材料合成重复性也是今后的主要的研究方向。