分子印迹使纳米酶特异性提升百倍
纳米酶是指具有类似酶催化活性的无机纳米材料，由于比传统的蛋白酶具有更高的稳定性和更低的制备成本，近年来纳米酶的制备与应用引起了越来越多的关注。底物的选择性是酶的基本特征之一，然而纳米酶材料并不具备像蛋白酶一样的选择性，这在一定程度上限制了纳米酶的进一步发展。绝大多数的蛋白质酶都具有特异性的底物结合位点，即基于“钥匙和锁”模型的结构基础，保证蛋白酶的高度特异性。然而，纳米酶却不具备特异结合位点，任何扩散到其表面的底物均可反应。此前的大多数研究将重点放在提高纳米酶的催化活性上，对于底物特异性这一关键问题未能有效解决。
近日，加拿大滑铁卢大学刘珏文教授课题组通过分子印迹的方法，将纳米酶的底物特异性提高了近一百倍，为解决这一问题提供了新的思路。他们通过加入多种聚合单体，在纳米酶-底物结合体表面引发聚合反应，从而形成分子印迹的水凝胶层。移除印迹的底物分子便得到在纳米酶外围构建的底物特异性识别位点，其制备过程如下图所示。催化反应与恒温滴定实验证实，经过印迹的纳米酶底物特异性得到明显提升。值得注意的是，通过加入带电性聚合单体制备的凝胶层对于底物的特异性能更有效地提高。虽然用抗体或者核酸适配体修饰的纳米酶也可能得到类似的底物选择效果，但使用这些生物分子抵消了纳米酶价格低廉和稳定性好的优势。分子印迹材料也被称为塑料抗体，与无机纳米酶能形成较好的优势互补。
这一方法的普适性也得到了充分论证。多种纳米酶材料，包括具有过氧化酶或氧化酶活性的四氧化三铁、金以及二氧化铈等纳米材料都可以通过分子印迹的方法获得底物特异性的明显提升。分子印迹聚合物方法可完全通过化学合成制备，具备高稳定性、可重复性好及成本低廉等特点，未来的应用将非常广泛。这一成果近期发表在国际化学类顶级期刊Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是滑铁卢大学的博士研究生张子杰。
