【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、江蘇省富碳材料器件工程研究中心張?jiān)〗淌谡n題組和江西師范大學(xué)高雪皎教授合作，在新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)氮化碳和智能生物傳感方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Graphitic C6N6-supported Dual Cu/Zn Single-Atom Nanozyme Mimicking Allosteric Regulation for Intelligent Switching Biosensing(變構(gòu)調(diào)節(jié)賦能氮化碳智能生物傳感)”為題在國際著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.(Hot Paper)上在線發(fā)表。
 

　　具有自適應(yīng)能力的化學(xué)傳感器經(jīng)常出現(xiàn)在科幻影片中，能夠?yàn)闄C(jī)器人、腦機(jī)接口和物聯(lián)網(wǎng)等智能人工設(shè)備中提供集成度更高的動態(tài)環(huán)境或者外界刺激信息。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，尋找具有可逆切換功能的催化劑是關(guān)鍵。然而，催化劑活性中心的電子結(jié)構(gòu)往往保持不變，不能同時匹配多個催化反應(yīng)，限制了不同功能間的高效可逆切換。
 

　　氮化碳作為一種二維半導(dǎo)體聚合物，具有可調(diào)的共軛重復(fù)單元和空腔結(jié)構(gòu)以及豐富的孤對電子，能夠作為骨架來構(gòu)建金屬單原子納米酶。從原理上看，通過模擬天然金屬酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制，調(diào)控金屬中心在不同氧化還原反應(yīng)中的價態(tài)，有望為實(shí)現(xiàn)多功能的可逆切換提供一條有效的路徑。
 

　　鑒于此，東南大學(xué)張?jiān)F(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種銅/鋅雙單原子納米酶。該納米酶在無光條件下通過一價和二價銅的價態(tài)循環(huán)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的類超氧物歧化酶(SOD)活性，還能夠在光照下通過零價和一價銅的循環(huán)反應(yīng)，展現(xiàn)出獨(dú)特的類過氧化物酶(POD)活性。此外，通過交替的光照，SOD和POD活性之間的可逆轉(zhuǎn)換效率超過90%以上，比光敏小分子的順式和反式異構(gòu)體之間的切換效率還要高30%。利用該納米酶，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步成功應(yīng)用于單界面智能切換生物傳感，并在微流控反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了葡萄糖和黃嘌呤體外可逆切換檢測?？紤]到光照優(yōu)異的時空分辨率和高度可控性，該研究報(bào)道的智能生物傳感器將為智能人工設(shè)備提供集成度更高的動態(tài)化學(xué)傳感界面。
 

　　本工作的第一作者為東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生洪卿，通訊作者為東南大學(xué)張?jiān)〗淌?、沈艷飛教授和江西師范大學(xué)高雪皎教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。