锰-铜双金属层状硅酸盐纳米酶的构筑及类酶活性

doi:10.7503/cjcu20220150

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 20220150.doi: 10.7503/cjcu20220150

锰-铜双金属层状硅酸盐纳米酶的构筑及类酶活性

何贝贝¹, 杨葵华¹, 吕瑞¹^,²()

^1.绵阳师范学院化学与化学工程学院, 绵阳 621000
^2.西南科技大学环境与资源学院, 绵阳 621010

收稿日期:2022-03-08 出版日期:2022-08-10 发布日期:2022-04-11
通讯作者: 吕瑞 E-mail:ruilv01@mtc.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(42061134018)

Construction of Mn-Cu Bimetal Containing Phyllosilicate Nanozyme and Evaluation of the Enzyme-like Properties

HE Beibei¹, YANG Kuihua¹, LYU Rui¹^,²()

^1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Mianyang Teachers’ College，Mianyang 621000，China
^2.School of Environment and Resource，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China

Received:2022-03-08 Online:2022-08-10 Published:2022-04-11
Contact: LYU Rui E-mail:ruilv01@mtc.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(42061134018)

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摘要/Abstract

摘要：

采用一步溶胶凝胶法, 在室温下合成了一种含有锰、铜的双金属层状硅酸盐(AMCP), 并探究了其类漆酶和类过氧化物酶活性. 结果表明, AMCP具有与天然黏土类似的层状结构, 且结构中多价态的锰和铜使其具有优异的类漆酶和类过氧化物酶活性. 此外, 与天然酶相比, AMCP在极端温度和pH值下具有更强的耐受性, 当温度高于70 ℃后, 天然酶完全失活, 而AMCP仍保留了80%以上的活性, 而在pH=3~9条件下AMCP依然保持90%左右的催化活性. 随后, 进一步探究了其类酶活性机理, 证实了锰、铜之间的电子传导可加速活性位点中铜电对的循环, 从而促进活性氧的产生, 提高其类酶催化活性. 本研究为高效多酶活性纳米酶的构筑提供了参考, 也可为双金属层状硅酸盐在生物传感、疾病诊疗及环境修复等领域的应用奠定了基础.

关键词: 纳米酶, 层状硅酸盐, 双金属材料, 多酶活性

Abstract:

A Mn-Cu containing bimetallic phyllosilicate（AMCP） was prepared by one-pot sol-gel method， which was verified to present intrinsic laccase-like and peroxidase-like performance. The results indicated that AMCP presented a well confined 2-dimentional layered structure， and the varied valence states arose from Mn and Cu endow it with excellent enzyme-mimetic activities. Moreover， it exhibits superior pH and temperature tolerance comparing with natural analogue， when the temperature was higher than 70 ℃， AMCP retained above 80% activity while natural enzyme was completely deactivated. Besides， it also remained around 90% activity under pH value of 3—9. Finally， the catalytic mechanism indicated the electron transfer between Mn and Cu accelerated the cycle of Cu²⁺ and Cu⁺， which could promote the production of ROS and facilitate the catalytic performance of AMCP. This work provides a novel strategy and direction for the customization of high performance， multi-enzyme mimetic nanozyme， which has a potential application prospect on biosensing， disease therapy and environmental remediation.

Key words: Nanozyme, Phyllosilicate, Bimetallic material, Multi-enzyme like activity

中图分类号:

O643

TrendMD:

何贝贝, 杨葵华, 吕瑞. 锰-铜双金属层状硅酸盐纳米酶的构筑及类酶活性. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220150.

HE Beibei, YANG Kuihua, LYU Rui. Construction of Mn-Cu Bimetal Containing Phyllosilicate Nanozyme and Evaluation of the Enzyme-like Properties. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220150.

图/表 5

Fig.1 Characterization of AMCP（A） SEM image；（B） TEM image；（C1—C6） elemental mapping；（D） XRD patterns；（E） FTIR spectra. （D， E） a. AMCP-1∶7； b. AMCP-1∶3； c. AMCP-1∶1； d. AMCP-3∶1； e. AMCP-7∶1.

Fig.2 XPS spectra of AMCP（A） Cu2p；（B） Mn2p；（C） O1s .

Fig.3 Laccase?like properties of AMCP（A） The absorbance of different systems in laccase-like reaction and the relative solution colors（insets）. a. 2，4-DP+4-AP+AMCP； b. 2，4-DP+4-AP+Cu2++Mn2+； c. 2，4-DP+ 4-AP+Cu2+； d. 2，4-DP+4-AP+Mn2+； e. 2，4-DP+4-AP； f. 2，4-DP+AMCP； g. 4-AP+ AMCP；（B） the laccase-like activity of AMCP with different Mn/Cu ratios；（C） pH stability of AMCP and laccase；（D） thermo-stability of AMCP and laccase.

Table 1 Laccase-like activity of ACP, AMP and AMCP with different Mn/Cu ratios

Catalyst	K_m/（mmol?L^?1）	V_max/（mmol?L^?1?min^?1）	R²
AMCP?1∶7	0.78	2.37	0.9937
AMCP?1∶3	1.21	8.94	0.9985
AMCP?1∶1	1.39	27.40	0.9984
AMCP?3∶1	1.68	29.76	0.9994
AMCP?7∶1	1.75	101.01	0.9993
AMP	1.70	86.21	0.9964
ACP	34.72	0.25	0.9994

Fig.4 POD?like properties of AMCP（A） UV-Vis spectra of different systems and the relative solution colors（insets）. a. TMB+H2O2+AMCP； b. TMB+H2O2+Cu2++Mn2+； c. TMB+H2O2+Cu2+； d. TMB+H2O2； e. TMB+H2O2+Mn2+； f. TMB； g. H2O2+AMCP；（B） the POD-like activity of AMCP with different Mn/Cu ratios；（C） the Lineweaver-Burk plots for AMCP with TMB；（D） the Lineweaver-Burk plots for AMCP with H2O2.

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