近日，大連化物所生態(tài)環(huán)境評價與分析研究組（103組）盧憲波研究員和陳吉平研究員團隊研發(fā)的基于酶單分子納米膠囊（SMENs）技術的生物傳感器取得新進展，酶傳感器的熱穩(wěn)定性、有機溶劑耐受性、酸堿耐受性、存儲穩(wěn)定性等核心性能實現(xiàn)質的提高，在國際上率先將SMENs技術應用于分析和生物傳感領域。
酶生物傳感器具有簡單、快速、廉價、便攜、微型化等優(yōu)勢，在醫(yī)療診斷、食品、環(huán)境等領域具有廣闊應用前景，但其穩(wěn)定性不高一直是限制其廣泛應用的重要障礙。酶是蛋白質分子，作為高效的生物反應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，而且保質期很短、穩(wěn)定性不足，因此限制了其在不同領域的應用，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)學檢測、可穿戴設備、植入式設備等領域的應用至關重要。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，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。
該團隊近期以高穩(wěn)定性酶單分子納米膠囊技術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，同時多孔的網(wǎng)絡結構實現(xiàn)了底物的快速運輸，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條件下的結構變性，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 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、有機溶劑耐受性、酸堿穩(wěn)定性和長存儲壽命。基于新型單分子酶納米膠囊的生物傳感器可適用于多種極端的應用場景，為提高酶傳感器的穩(wěn)定性提供了解決方案。
該團隊近年來一直致力于提高生物傳感器的穩(wěn)定性、靈敏度、檢出限等關鍵性能和發(fā)展重要目標物的實時快速檢測方法，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）等撰寫了相關綜述。
相關研究成果發(fā)表在《生物傳感器和生物電子學》（Biosensors & Bioelectronics）和《分析化學》（Analytical Chemistry）上。以上工作得到了國家自然科學基金項目、大連化物所創(chuàng)新研究基金項目等資助。
