アスコルビン酸とグルタチオンの比色検出のためのオキシダーゼ様活性を強化した単一原子feナノザイム

単一原子ナノザイム（Sazymes）は、最大の原子利用効率と酵素様活性の向上により、ますます注目を集めています。ここでは、前駆体として多孔質ゼオライトイミダゾレートフレームワーク（ZIF-8@FC）内に閉じ込められたフェロセンを使用した鉄ニトロゲン - 炭素（FE-N-C）サジンの合成について、容易な熱分解戦略が報告されています。準備されていないFe-N-Cサザイムは、触媒的に酸化3,3 '、5,5'-テトラメチルベンジジン（TMB）を伴う高親和性（km）および高速反応速度（VMAX）を触媒的に酸化することを示しました。この特性を活用して、小分子とFE活性部位の間の異なる相互作用モードに基づいて、2つの比色センシングアッセイを設計しました。第一に、アスコルビン酸（AA）の酸化TMB（TMBOX）に向けて還元活性を利用して、AA検出用の比色バイオアッセイが確立され、0.1〜2μMの適切な線形検出範囲と0.1μMの低い検出限界が示されました。さらに、グルタチオンのチオール（GSH）によるナノザイム活性の阻害に基づいて、GSH検出の比色バイオセンサーが構築され、1〜10μmの濃度範囲での線形応答が示され、検出限界は1.3μmです。この研究は、オキシダーゼ様サザイムを合理的に設計し、バイオセンシングへの応用を拡大するための有望な戦略を提供します。

Single-atom nanozymes (SAzymes) have drawn ever-increasing attention due to their maximum atom utilization efficiency and enhanced enzyme-like activity. Herein, a facile pyrolysis strategy is reported for the synthesis of the iron-nitrogen-carbon (Fe-N-C) SAzyme using ferrocene trapped within porous zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8@Fc) as a precursor. The as-prepared Fe-N-C SAzyme exhibited exceptional oxidase-mimicking activity, catalytically oxidizing 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) with high affinity (Km) and fast reaction rate (Vmax). Taking advantage of this property, we designed two colorimetric sensing assays based on different interaction modes between small molecules and Fe active sites. Firstly, utilizing the reduction activity of ascorbic acid (AA) toward oxidized TMB (TMBox), a colorimetric bioassay for AA detection was established, which exhibited a good linear range of detection from 0.1 to 2 μM and a detection limit as low as 0.1 μM. Additionally, based on the inhibition of nanozyme activity by the thiols of glutathione (GSH), a colorimetric biosensor for GSH detection was constructed, showing a linear response over a concentration range of 1-10 μM, with a detection limit of 1.3 μM. This work provides a promising strategy for rationally designing oxidase-like SAzymes and broadening their application in biosensing.