酶作为一种常用的生物催化剂，将其固定在不同的电极上是提高信号传输效率和灵敏度的有效策略。然而，将酶直接固定在电极上的方法有待进一步突破，主要表现为：首先，传统电极表面因缺乏有效的官能团，难以实现生物酶在表面的稳定负载，且固定的生物酶与溶液中的游离酶相比，活性大大降低。其次，电极的二维平面和非开孔结构导致比表面积小、活性位点少，影响了酶的固定化和催化作用。即使将酶负载于比表面积大的三维梯度膜基材上，由于交联剂与酶之间的弱相互作用以及化学交联剂对生物酶活性具有破坏性，使得固定化的生物酶容易脱落和失活而导致酶负载量不足，严重影响传感器的灵敏性。
图1 载酶纳米粒子导电梯度膜传感器的制备和反应机理
SIEPM团队基于中空纤维膜（HFM）载体材料，通过温和可控的物理包埋方法，将尺寸可调控的载酶纳米粒子组装进三维多孔梯度中空纤维膜中，构建具有三维受限空间酶簇粒子的膜电极，从而获得高度灵敏和高准确性的酶膜电化学传感器。载酶纳米粒子的三维多孔膜电极在检测和催化领域中具有巨大潜力，独特的HFM比表面积大，从内表面到外表面孔径逐渐减小，有利于携带酶的纳米粒子封装在微孔受限空间内，从而具有较高的酶负载量。纳米结构的导电互连网络增加了电极面积和响应电流，提高了生物传感器的灵敏度。此外，物理包埋法改善了酶的稳定性，并促进了酶和电极在密闭微孔受限空间中的充分接触。总体而言，制备的基于载酶纳米粒子的酶膜电化学生物传感器有望应用到各种代谢物的同步精准检测。
相关成果以“ Modular assembly of enzyme loaded nanoparticles in 3D hollow fiber electrode for electrochemical sensing”为题发表在高水平期刊Chemical Engineering Journal (IF=10.652,DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129721). 论文的第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系黄小军副教授团队的博士研究生吴慧敏；通讯作者为浙江大学高分子科学与工程学系黄小军副教授、杭州师范大学医学院陈大竞教授。该项工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。
来源：高分子科学前沿
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