背景介绍

自2007年阎锡蕴院士课题组首次报道Fe3O4具有类过氧化物酶活性以来，纳米酶得到了深入、广泛研究。与传统生物酶相比，纳米酶兼具纳米材料的独特性能与天然酶的催化功能，具有高稳定性（不存在生物酶易失活问题）、低成本和易规模化制备等优点，广泛用作天然酶的替代物构建生物传感器。然而，目前大多数报道的纳米酶传感器主要是比色传感器。纳米酶自身的颜色及检测样品的颜色均会对显色结果判断造成干扰；同时，作为最广泛报道的纳米酶，过氧化物酶，依赖于过氧化氢进行催化氧化反应，但过氧化氢易挥发，具有一定的毒性。

近期，青岛农业大学李海银教授和李峰教授课题、（http://hxyyxy.qau.edu.cn/channel/lifeng）设计、构建了兼具氧化物酶和过氧化物酶活性纳米酶介导的均相电化学传感器，有效避免了颜色、过氧化氢的干扰与繁琐复杂的电极修饰，大大提高了有机磷农药的检测灵敏度，相关成果以“Two Dimensional MnO2 Nanozyme-Mediated Homogeneous Electrochemical Detection of Organophosphate Pesticide Without Interferences of H2O2 and Color”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上（DOI: 10.1021/acs.analchem. 0c05257）。

研究的主要内容介绍

研究者通过水热反应制备了具有二维结构的二氧化锰纳米片（MnNS），催化活性测试结果表明MnNS同时具有氧化物酶和过氧化物酶活性。基于MnNS对TMB的催化氧化、对巯基胆碱（乙酰胆碱酯酶水解产物）的响应，构建了用于有机磷农药检测的均相电化学传感器，具体如下。向传感体系中加入乙酰胆碱酯酶（AChE）后，硫代乙酰胆碱（ATCh）被催化水解产生硫代胆碱，从而使得MnNS被还原分解成Mn2+。而Mn2+无法氧化破坏TMB分子，产生强的电化学信号。当将AChE与农药（OPs）预孵育后，AChE的活性被抑制，无法催化水解ATCh产生硫代胆碱，MnNS也不会被还原。因此，MnNS催化氧化TMB，降低其含量，进而减小电化学信号。基于农药加入前后，电化学信号的改变，实现了有机磷农药对氧磷的高灵敏均相电化学检测，检测限低至0.025 ng/mL，远低于文献报道的基于纳米酶的比色传感器结果。该策略被进一步用于小白菜中对氧磷的检测，检测结果与高效液相色谱方法保持高度一致，有效避免了农作物中色素、氨基酸等干扰物的影响，在农药残留领域展现出极大的应用潜力。

图示例：

小结

设计、合成了兼具氧化物酶和过氧化物酶活性的二维二氧化锰纳米酶，构建了用于有机磷农药检测的均相电化学传感器，实现了对氧磷的高灵敏检测，检测限低至0.025 ng/mL，并进一步用于农产品小白菜样品中农药残留的检测。该工作有效避免了颜色、过氧化氢的干扰与繁琐复杂的电极修饰，具有简单、快速、灵敏等突出优势，对高性能纳米酶传感器的设计具有借鉴意义，在农药残留检测领域展现出良好的应用前景。