纳米酶是一种模拟天然酶性质的合成材料，用于生物医学和化学工程。从历史上看，它们通常被认为在农业和食品科学中使用过于有毒和昂贵。现在，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员已经开发出一种有机、无毒、环保、经济高效的纳米酶。
玛丽安·斯坦
在一篇新发表的论文中，他们描述了它的特点和检测草甘膦(一种常见的农业除草剂)存在的能力。他们的目标是最终为消费者和农业生产者创造一种用户友好的测试工具。
“纳米酶这个词是由纳米材料和酶组成的。“纳米酶最初是在大约15年前开发的，当时研究人员发现氧化铁纳米颗粒可能具有类似于天然酶(过氧化物酶)的催化活性，”农业与生物工程系(ABE)的博士生Dong Hoon Lee解释说，该系是农业、消费者与环境科学学院(ACES)和加州大学格兰杰工程学院的一部分。
这些纳米酶模拟过氧化物酶的活性，过氧化物酶是一种利用过氧化氢作为氧化剂催化底物氧化的酶。它们比天然过氧化物酶具有更高的稳定性和更低的成本，广泛应用于生物医学研究，包括用于疾病诊断中检测目标分子的生物传感器。
李说:“传统的纳米酶是由无机金属材料制成的，这使得它们毒性太大，价格昂贵，无法直接应用于食品和农业。”
“我们的研究小组正在率先开发具有过氧化物酶样活性的全有机化合物纳米酶(OC纳米酶)。OC纳米酶遵循天然酶的催化活性，但主要基于农业友好的有机化合物，如作为螯合剂的尿素和作为颗粒稳定剂的聚乙烯醇。”
研究人员还实现了与OC纳米酶集成的光学传感系统，用于目标分子检测。比色测定是一种光学传感方法，它使用颜色强度来提供物质中存在的特定分子的估计浓度，这样较深或较浅的颜色表明目标分子的数量较低或较高。有机化合物纳米酶的表现与生物传感应用中通常使用的纳米酶相当，其动力学剖面具有分子检测性能。
“传统的纳米酶存在一系列问题:毒性、降解时间长、生产过程复杂。相比之下，我们的纳米酶生产速度更快，成本效益高，无毒，环保，”ABE助理教授、该研究的合著者****·卡姆鲁扎曼说。
Lee和Kamruzzaman应用基于OC纳米酶的比色传感平台来检测草甘膦的存在，草甘膦是一种在农业中广泛使用的除草剂。他们在含有不同浓度草甘膦的溶液中进行比色测定，发现有机纳米酶能够以足够的准确性成功检测草甘膦。
“为了保护人类和作物健康，检测农产品中农药或除草剂含量的需求越来越大。Kamruzzaman说:“我们希望为农民或消费者开发一个基于OC纳米酶的使用点测试平台，可以在田间或家中应用。”“人们会获得一个含有某种物质的测试试剂盒，与他们的样本混合，然后拍照，使用手机上的应用程序来识别颜色强度，并判断是否存在草甘膦。最终目标是使测试可移植并适用于任何地方。”
研究人员还致力于开发额外的纳米酶，设想这些环保材料具有广泛应用的巨大潜力。
这篇题为“用于农业除草剂检测的有机化合物纳米酶”的论文发表在Nanoscale [doi.org/10.1039/D3NR02025H]上。
