近日，大連化物所生態(tài)環(huán)境評價(jià)與分析研究組（103組）盧憲波研究員和陳吉平研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)的基于酶單分子納米膠囊（SMENs）技術(shù)的生物傳感器取得新進(jìn)展，酶傳感器的熱穩(wěn)定性、有機(jī)溶劑耐受性、酸堿耐受性、存儲穩(wěn)定性等核心性能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提高，在國際上率先將SMENs技術(shù)應(yīng)用于分析和生物傳感領(lǐng)域。
酶生物傳感器具有簡單、快速、廉價(jià)、便攜、微型化等優(yōu)勢，在醫(yī)療診斷、食品、環(huán)境等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，但其穩(wěn)定性不高一直是限制其廣泛應(yīng)用的重要障礙。酶是蛋白質(zhì)分子，作為高效的生物反應(yīng)器具有顯著的選擇性和特異性。然而，它們對外界環(huán)境（溫度、溶劑、pH值等）高度敏感，而且保質(zhì)期很短、穩(wěn)定性不足，因此限制了其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，酶生物傳感器亦如此。因此，開發(fā)在不同工作環(huán)境下具有高穩(wěn)定性的酶生物傳感器，提其存儲和使用壽命，對于拓寬其在分析、生物醫(yī)學(xué)檢測、可穿戴設(shè)備、植入式設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。在傳統(tǒng)的研究中，通常是利用納米材料的納米調(diào)控效應(yīng)，通過采取不同的酶分子固定化方式和傳感策略（如采用生物相容性無機(jī)納米材料等作為酶分子固載單元），以顯著提高酶生物傳感器的靈敏度和檢出限性能，但這對于提高酶生物傳感器的穩(wěn)定性作用卻并不顯著。
該團(tuán)隊(duì)近期以高穩(wěn)定性酶單分子納米膠囊技術(shù)解決了長期困擾酶傳感器發(fā)展的穩(wěn)定性難題，分別以葡萄糖氧化酶（GOx）和酪氨酸酶（Tyr）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（SMENs）：葡萄糖氧化酶納米膠囊（nGOx）和酪氨酸酶納米膠囊（nTyr）。聚合物外殼有效地穩(wěn)定了內(nèi)部的GOx和Tyr核心，同時(shí)多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了底物的快速運(yùn)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(jià)結(jié)合增強(qiáng)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(qiáng)酸堿條件下的結(jié)構(gòu)變性，并有助于在有機(jī)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 h后，基于天然Tyr的傳感器相對活性只剩23.2%，而基于nTyr的傳感器相對活性仍然可以保持52.7%以上?；趎GOx和nTyr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(jī)溶劑耐受性、酸堿穩(wěn)定性和長存儲壽命?；谛滦蛦畏肿用讣{米膠囊的生物傳感器可適用于多種極端的應(yīng)用場景，為提高酶傳感器的穩(wěn)定性提供了解決方案。
該團(tuán)隊(duì)近年來一直致力于提高生物傳感器的穩(wěn)定性、靈敏度、檢出限等關(guān)鍵性能和發(fā)展重要目標(biāo)物的實(shí)時(shí)快速檢測方法，在Biosensors & Bioelectronics（2018，107，69-75；2015，65，295-301；2014，62，134-139；2012，35，193-199；2011，26，4040-4045等）、ACS Applied Materials & Interfaces（2016，8，16533-16539）、Carbon（2020，156，568-575）等期刊發(fā)表了一系列相關(guān)論文，并受邀為Chemical Society Reviews（2017，46，6946-7020）、TRAC-Trends in Analytical Chemistry（2018，98，174-189）等撰寫了相關(guān)綜述。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《生物傳感器和生物電子學(xué)》（Biosensors & Bioelectronics）和《分析化學(xué)》（Analytical Chemistry）上。以上工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、大連化物所創(chuàng)新研究基金項(xiàng)目等資助。
