酶是一類極為重要的生物催化劑，具有顯著的選擇性和特異性。但由于酶對外界環(huán)境如溫度、溶劑、pH值等高度敏感且保質(zhì)期很短，因此限制了酶生物傳感器的更廣泛應用。近日，中科院大連化物所盧憲波研究員和陳吉平研究員團隊給酶“穿上”鎧甲，大幅提高了酶生物傳感器的熱穩(wěn)定性、有機溶劑耐受性、酸堿耐受性、存儲穩(wěn)定性等性能。

圖片說明：基于納米膠囊技術的生物傳感器制備、檢測應用和穩(wěn)定性提高示意圖（郝曉明）

據(jù)介紹，將酶單分子納米膠囊技術應用于酶生物傳感器上，使酶生物傳感器“穿上”鎧甲，將在分析領域、生物醫(yī)學檢測領域、可穿戴設備、植入式設備等領域具有潛在的應用價值。相關研究成果發(fā)表在《生物傳感器和生物電子學》和《分析化學》等期刊上。

酶生物傳感器是將酶作為生物敏感基元，通過捕捉目標物與酶之間反應所產(chǎn)生的信號，實現(xiàn)對目標物定量測定的微型化檢測儀器。在傳統(tǒng)的研究中，科研人員利用納米材料的納米調(diào)控效應，提高了酶生物傳感器的靈敏度和檢出限等能力，但這對于提高酶生物傳感器的穩(wěn)定性作用卻并不顯著。

酶單分子納米膠囊技術是將酶單分子用一個聚合物“包裹”起來，形成一個類似膠囊的結(jié)構。包裹的膠囊具有多孔結(jié)構，可以保證酶與目標物之間的反應不受影響，保持了酶的活性。同時，包裹的膠囊可以很好的“保護”酶單分子不受外界環(huán)境影響，提高了酶的穩(wěn)定性。

為驗證應用納米膠囊技術的酶生物傳感器的穩(wěn)定性能，該團隊分別利用葡萄糖氧化酶和酪氨酸酶為模型酶，在水環(huán)境中采用簡單的室溫原位自由基聚合策略，將上述酶的單分子封裝在多孔的聚合物殼內(nèi)，研制出高活性、高穩(wěn)定性的單分子酶納米膠囊。

研究發(fā)現(xiàn)，聚合物外殼可以有效地穩(wěn)定內(nèi)部葡萄糖氧化酶和酪氨酸酶核心，同時多孔結(jié)構實現(xiàn)了目標物的快速運輸，從而形成了一類具有突出活性和穩(wěn)定性的新型生物催化納米膠囊。聚合物薄層與酶分子之間的多重共價結(jié)合增強了被包裹的酶分子穩(wěn)定性，為其提供了良好的微環(huán)境，避免了高溫和強酸堿等條件下的結(jié)構變性，并有助于在有機溶劑體系操作過程中保留酶活性所必需的水分子。

以熱穩(wěn)定性為例，在65℃下孵育2小時后，基于天然酪氨酸酶的傳感器殘留相對活性只剩23.2%，而基于酪氨酸酶納米膠囊的傳感器相對活性仍然可以保持52.7%以上。

據(jù)介紹，基于葡萄糖氧化酶納米膠囊和酪氨酸酶納米膠囊的傳感器分別在血糖檢測和雙酚A檢測中展示了良好的性能，且有著顯著提高的熱穩(wěn)定性、有機溶劑耐受性、酸堿穩(wěn)定性和長存儲壽命。