朱成周&顾文玲&胡六永Anal. Chem.：金属气凝胶固定HRP促进电子转移和

时间：2023-06-25

　　研究内容

　　光电化学（PEC）酶生物传感器集PEC生物分析的高灵敏度和酶的优异特异性于一体，近年来引起了人们的广泛关注。目前，PEC酶生物传感器已广泛应用于疾病诊断、食品安全控制、环境监测等领域。但酶和半导体之间的电荷迁移仍不确定。

　　华中师范大学朱成周、顾文玲和武汉工程大学胡六永使用离子液体功能化Cu@Cu2O（IL-Cu@Cu2O）气凝胶，成功地固定了辣根过氧化物酶（HRP）以促进电荷转移和界面氧化还原反应。光生电子在Cu的帮助下从Cu2O的导带流到HRP，随后被电解质中的[Fe（CN）6]3-捕获，增强PEC响应。得益于其优异的PEC活性和催化反应IL-Cu@Cu2O@HRP是一种用于感应前列腺特异性抗原的免疫测定平台，其检测范围广，检测限低。相关工作以“Horseradish Peroxidase Immobilized in Metal Aerogels Boosts Electron Transfer and an Interfacial Reaction for Photoelectrochemical Immunoassay”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

　　研究要点

　　要点1.IL的引入提供了Cu@Cu2O具有很强的固定HRP的能力。作为具有局域表面等离子体共振（LSPR）效应的经典金属，Cu可以促进Cu2O产生的电子向HRP的转移。因此，对于未覆盖的血红素活性位点，HRP可以实现与半导体的直接电子转移。同时，由于HRP显著的氧化还原能力，实现了增强的界面催化反应，减轻了表面载流子的积累。

　　要点2.得益于其优异的PEC活性和独特的酶活性，IL-Cu@Cu2O@HRP通过自组装4-氯-1-萘酚（4-CN）、牛血清白蛋白（BSA）和标记抗体（AbL）纳米颗粒（4-CN/BSA/AbL）实现的对前列腺特异性抗原（PSA）的灵敏免疫吸附测定，其被用作宽检测范围和低检测限的信号放大器。

　　所提出的将酶固定在金属气凝胶中为研究光活性材料和酶之间的直接电子转移提供了一个新的视角，并促进了界面反应，从而获得了广泛的应用。

　　研究图文

　　图1. IL-Cu@Cu2O@HRP的（a）SEM、（b）TEM和（c）HRTEM（插图：SAED）。IL-Cu@Cu2O@HRP的Cu（e）、O（f）、Fe（g）、S（h）的HAADF-STEM（d）和HAADF-STEM图像及其重叠（i）。（j）IL-Cu@Cu2O@HRP的EDS线扫描剖面图（插图：部分放大光谱）。（k）HRP、IL-Cu@Cu2O和IL-Cu@Cu2O@HRP的FTIR光谱。

　　图2.（a）IL-Cu@Cu2O和IL-Cu@Cu2O@HRP的XRD。IL-Cu@Cu2O和IL-Cu@Cu2O@HRP的Cu 2p（b）和O 1s（c）高分辨率XPS光谱。（d）IL-Cu@Cu2O@HRP的Fe 2p高分辨率XPS光谱。

　　图3.（a）IL-Cu@Cu2O和IL-Cu@Cu2O@HRP的PEC响应。（b）过氧化物酶样活性的比较（黑线A：IL-Cu@Cu2O@HRP+TMB，红线B：IL-Cu@Cu2O+TMB+H2O2，蓝线C：HRP+TMB+H2O2，绿线D：IL-Cu@Cu2O@HRP+TMB+H2O2）。（c）IL-Cu@Cu2O的能带结构示意图。（d）电子转移方向的示意性表达式。

　　图4.（a）IL-Cu@Cu2O和IL-Cu@Cu2O@HRP在黑暗中和光照射下，以10 mV/s的扫描速率的CV曲线。（b）IL-Cu@Cu2O@HRP不同光照条件下的PEC响应。（c）固定化HRP的机理促进了界面电子传输。

　　图5.（a）PSA浓度检测机制的示意图。不同PSA浓度（0、1、5、8、10、30、50、100、500、1000、5000、10000 pg/mL）下的（b）光电流和（c）对应的线性关系。（d）基于IL-Cu@Cu2O@HRP气凝胶的光电极用于检测PSA（10 ng/mL）的选择性（干扰物：牛血清白蛋白（BSA）、癌胚抗原（CEA）、雌激素受体（ER）、葡萄糖（Glu）、人表皮生长因子受体-2（HER-2）、孕激素受体（PR），1mg/mL）。（e）IL-Cu@Cu2O@HRP气凝胶用于检测PSA（100 ng/mL）的稳定性。

　　文献详情

　　Horseradish Peroxidase Immobilized in Metal Aerogels Boosts Electron Transfer and an Interfacial Reaction for Photoelectrochemical Immunoassay

　　Jinli Li, Hengjia Wang, Mingwang Liu, Ying Qin, Qie Fang, Rong Tan, Liuyong Hu,* Wenling Gu,* Chengzhou Zhu*

　　Anal. Chem.

　　DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01377