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 近期，中科院合肥研究院智能所黃青研究員課題組在石墨烯基納米酶的制備及應(yīng)用方面取得重要進展。該課題組實現(xiàn)了一種用靈芝多糖還原和功能化氧化石墨烯來制備過氧化物模擬酶的簡便而綠色的方法，并驗證該石墨烯基納米酶可用于檢測血清中的L-半胱氨酸。相關(guān)研究成果已被國際期刊Analytical and Bioanalytical Chemistry接收發(fā)表。

圖1. 石墨烯基納米酶的制備及其檢測L-半胱氨酸示意圖

圖2. a-b: L-半胱氨酸的測定；c-d:半胱氨酸的特異性檢測

納米酶是用人工納米材料代替天然酶，即所謂的具有天然酶模擬活性的納米材料，包括基于金屬的納米酶（Au，Pt，MnO2等），基于MOF的納米酶（Fe-MOF）和各種基于碳的納米酶（石墨烯，碳納米管）。與天然酶相比，納米酶具有制造成本低、易于批量生產(chǎn)、對惡劣環(huán)境的耐受性高、環(huán)境穩(wěn)定性強等優(yōu)點。由于這些突出的優(yōu)勢，納米酶已被廣泛用于許多領(lǐng)域，如：免疫分析、癌癥診斷和治療等。此外，納米酶可以用作生物傳感器，其優(yōu)點是特異性強，定量準(zhǔn)確，操作快速簡單。另一方面，由于石墨烯基材料的非凡性能，例如大的比表面積和強吸附能力，石墨烯基納米材料已被廣泛用于不同目的，包括制備具有優(yōu)良過氧化物酶特性的納米酶。通常，石墨烯基材料可以使用各種還原劑來獲得，其中許多是危險且有毒的化學(xué)物質(zhì)，所獲得的石墨烯基材料容易發(fā)生聚集而限制了其實際應(yīng)用。因此，尋找其他合成方法來生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯基材料，包括使用綠色天然產(chǎn)物（如植物提取物），這成為一種新的趨勢。

黃青研究員課題組在前期研究的基礎(chǔ)上，以靈芝提取物多糖作為還原劑和穩(wěn)定劑，在溫和水熱條件下制備得到了靈芝多糖還原修飾的石墨烯基材料。靈芝多糖中含有的多糖種類比較豐富，具有許多優(yōu)異的生化性質(zhì)。他們研究了該石墨烯基納米酶的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)和催化過程，并基于該材料構(gòu)建了一種L-半胱氨酸的比色傳感器，確實顯示了很好的催化活性。

通過一系列表征技術(shù)（UV-Vis、XRD、FTIR、XPS等），他們證明靈芝多糖能充分還原氧化石墨烯，并且靈芝多糖的存在可使石墨烯基材料在水中的穩(wěn)定性和分散性更好。酶動力學(xué)實驗表明，該石墨烯基材料具有過氧化物酶類活性，其催化TMB的氧化反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)遵循Michaelis-Menten動力學(xué)，且其催化過程符合乒乓機制。

基于該石墨烯基材料優(yōu)異的過氧化物模擬酶活性，研究人員建立了一種用于檢測L-半胱氨酸的簡便快速的比色分析方法，并在血清中進行了實用的檢測分析，并對檢測半胱氨酸的特異性和相關(guān)機理進行了研究討論，表明了其潛在的應(yīng)用前景。