在豐富的多孔納米材料中，作為納米酶的貴金屬氣凝膠以其獨(dú)特的酶模擬功能在傳感應(yīng)用中引起廣泛關(guān)注。在催化領(lǐng)域，雜原子摻雜策略是一種在提高貴金屬氣凝膠的酶模擬活性方面很有前景的方法。
【摘要】
成都信息工程大學(xué)光電工程學(xué)院Xiaofeng Tan博士/李賀教授團(tuán)隊(duì)找到了一種快速簡(jiǎn)單制備的創(chuàng)意材料。由于獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)和摻雜原子的協(xié)同效應(yīng)，使用 NH3BH3作為還原劑制備了B和N共摻雜的 PdRu 氣凝膠（B，N-PdRu氣凝膠），其可改善過(guò)氧化物酶模擬活性。
隨著H2O2的存在, 3,3\’,5,5\’-四甲基聯(lián)苯胺的氧化被B, N-PdRu氣凝膠有效催化，其溶液在最佳吸收波長(zhǎng) 652 nm 處呈藍(lán)色外觀。因此，通過(guò)與酶葡萄糖氧化酶結(jié)合的串聯(lián)反應(yīng)，B, N-PdRu氣凝膠可用于葡萄糖的靈敏測(cè)定。這種方法對(duì)10 μM至2 mM范圍內(nèi)的葡萄糖具有良好的線性檢測(cè)效果，最低檢測(cè)限可低至 6 μM。這項(xiàng)工作將有助于研究基于雜原子摻雜策略的金屬氣凝膠的合理設(shè)計(jì)，并提高各種應(yīng)用的相應(yīng)性能。文章“B,N-Doped PdRu Aerogels as High-Performance Peroxidase Mimics for Sensitive Detection of Glucose “發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》。
【主圖導(dǎo)讀】
圖 1. B、N-PdRu 水凝膠自組裝制備過(guò)程示意圖。
圖 2. B，N-PdRu 氣凝膠 (A) 的 SEM 圖像。不同放大倍數(shù)的 TEM 圖像（B、C）。(D) SAED 模式。(E) HRTEM 圖像。(F)，(G) 的 HAADF-STEM圖像。(H–L) 的元素映射模式。
圖 3. B、N-PdRu 氣凝膠 (A) 的 XPS 全掃描。與 B、N-Ru 氣凝膠和 B、N-Pd 氣凝膠相比，B、N-PdRu 氣凝膠的 B 1s(B)、Ru 3p (C) 和 Pd 3d (D) 的高分辨率光譜分析。(F) B、N-PdRu 氣凝膠的 N1s 的 XPS 光譜。(E) B、N-PdRu 氣凝膠、B-PdRu 氣凝膠、B、N-Pd 氣凝膠和 B、N-Ru 氣凝膠的 XRD 模式。
圖 4. 不同反應(yīng)體系的紫外可見吸收光譜：B，N-PdRu氣凝膠 H2O2 TMB；B，N-PdRu 氣凝膠 TMB、H2O2 TMB 和 TMB (A)。N-PdRu氣凝膠 H2O2 TMB；B-PdRu氣凝膠 H2O2 TMB；PdRu氣凝膠 H2O2 TMB；B，N-PdRu氣凝膠 H2O2和 B，N-Ru 氣凝膠 H2O2 TMB的紫外可見吸收光譜(B)。B，N-PdRu氣凝膠在 10–60 °C (C) 的溫度梯度、pH = 2–9 (D) 下的 UV-vis 吸收光譜。不同反應(yīng)體系的熒光光譜：TA，H2O2 TA，B，N-PdRu氣凝膠 TA，B，N-PdRu氣凝膠 H2O2 TA (E)。H2O2, B, N-PdRu 氣凝膠 H2O2和 B, N-PdRu 氣凝膠的EPR 測(cè)定(F)。
圖 6. B，N-PdRu氣凝膠氣凝膠對(duì)各種葡萄糖濃度 (A) 的 UV-vis 吸收光譜和對(duì)葡萄糖 (B) 的校準(zhǔn)曲線的相應(yīng)檢測(cè)。選擇性檢測(cè)類似物：葡萄糖與果糖、蔗糖、乳糖、麥芽糖的終濃度比為1:5（C）。本方法的干擾測(cè)量（D）。
【總結(jié)】
團(tuán)隊(duì)證明雜原子硼和氮摻雜的 B、N-PdRu 氣凝膠可以顯著增加過(guò)氧化物酶樣活性。重要的是，B, N-PdRu 氣凝膠在 4 到 6 的廣泛 pH 范圍內(nèi)表現(xiàn)出類似過(guò)氧化物酶的活性，這為 B, N-PdRu 氣凝膠提供了廣泛的應(yīng)用。B, N-PdRu 氣凝膠用于通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)與 GOD 結(jié)合制造新的葡萄糖傳感器。該研究不僅展示了開發(fā)高活性和特異性過(guò)氧化物酶模擬物的新戰(zhàn)略方向，而且還提供了對(duì)這些摻雜非金屬納米材料的催化機(jī)制的獨(dú)特見解。考慮到金屬氣凝膠可以通過(guò)摻雜（或共摻雜）其他雜原子（如 N 和 B）來(lái)設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)下一步將是設(shè)計(jì)其他具有更高性能的類酶氣凝膠。
參考文獻(xiàn)：doi.org/10.1021/acsami.1c07987
