南昌大学邱萍教授团队《ACS AMI》：利用双酶活性的纳米复合材料集成有酶法和无酶法进行尿酸传感

尿酸（UA）是人体嘌呤代谢的副产物，由于人体缺乏尿酸酶，其水平异常会引发多种疾病。因此，准确测定UA含量能为患者提供及时的正确反馈和治疗建议。基于比色法的纳米传感是测定UA含量行之有效的手段，具有便捷性、准确性和可负担性的特点。在检测手段方面可以分为有酶法和无酶法，但二者各有优劣，争论不休。近日，南昌大学化学化工学院邱萍教授团队合成了具有双酶活性（氧化酶和过氧化物酶）的CaF₂/MnO₂纳米复合材料（CM Nc），并基于此设计了有酶法和无酶法分别对尿酸进行分析检测（图1）。结果表明两种方法均能有效测定人血清中尿酸浓度，同时两种独立的方法也可以相互验证，提高了检测结果的准确性。

图1 CM Nc集成有酶法和无酶法进行尿酸传感的设计思路

在这一研究中，该团队通过简单的一步水热法合成了具有花状形貌的CM Nc（图2），并通过系列表征手段和实验过程证明了其同时具有氧化酶和过氧化物酶活性，在氧气和过氧化氢存在下能够分别产生超氧负离子和羟基自由基（图3）。基于上述结果，利用尿酸酶和CM Nc建立了有酶法，即尿酸酶催化UA生成H₂O₂，而H₂O₂被CM Nc的过氧化物酶活性催化成活性氧后，氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）为蓝色的氧化态（oxTMB）。而无酶法是建立在UA对活性氧清除作用的基础上，它抑制了CM Nc的氧化酶活性，阻碍了对TMB的催化能力。

图2 CM Nc的合成过程和形貌特征

图3 CM Nc的催化机制及有酶法和无酶法的传感原理

在实际人血清样品的检验过程中，两种方法得到的UA含量与生化分析仪的检测结果均吻合良好，准确度和精密度较高。进一步比较表明（图4），无酶法检测速度快（3 min），是未来开发家用测试设备极具潜力的方法，但选择性较差。而有酶法具有较好的选择性和特异性，但涉及到天然酶的使用，成本高、稳定性较差。

图4 有酶法和无酶法对UA传感的灵敏度和选择性

相关工作以“Calcium Fluoride/Manganese Dioxide Nanocomposite with Dual Enzyme-like Activities for Uric Acid Sensing: A Comparative Study of Enzyme and Nonenzyme Methods”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》（10.1021/acsami.3c12114）上，南昌大学化学化工学院邱萍教授为论文唯一通讯作者，高等研究院2019级本科生彭邹君（现为中国科学院宁波材料技术与工程研究所2023级直博生）为论文第一作者。该研究得到国家自然科学基金地区项目和青年项目、江西省科技创新平台等多方支持。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.3c12114