Facile Synthesis of pH-Adaptive Ascorbate Peroxidase-like Nanozyme for One-Step Enzyme-Nanozyme Cascade Biosensing

化学 级联 生物传感器 组合化学 抗坏血酸 咪唑酯 级联反应 纳米技术 胆碱氧化酶 人工酶 荧光 沸石咪唑盐骨架 检出限 葡萄糖氧化酶 线性范围 小分子 辅因子 生物分子 分子 过氧化物酶
作者
Huifang Zhang,Yuhang Zhang,Xiang Xu,Hanqiang Zhang,Xiaoming Ma,Yuexiang Li,Longhua Guo
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (5): 3973-3982
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c06320
摘要

Nanozymes feature structural stability, functional diversity, and tunable activity, demonstrating promise in enzyme-nanozyme cascade systems for small molecule detection. However, the cascade performance is typically hindered by pH incompatibility and the cumbersome preparation of nanozymes. Herein, copper-doped zeolitic imidazolate framework-90 (Cu/Zn-ZIF-90) was developed through a facile synthesis within 10 min of reaction, which was established as a promising ascorbate peroxidase (APX)-like nanozyme for pH-adaptive cascades. Cu/Zn-ZIF-90 oxidizes ascorbic acid using H2O2 as cosubstrate and demonstrates higher affinity for H2O2 than most APX-like or POD-like nanozymes, enabling effective intermediate conversion in cascade reactions. Notably, Cu/Zn-ZIF-90 nanozyme exhibits optimal activity under neutral pH, resolving pH mismatch when coupled with acid-denatured oxidases. As proof of concept, we integrated APX-like Cu/Zn-ZIF-90 with choline oxidase to develop a one-step cascade fluorescence biosensor for choline detection. The sensor achieved a broad linear range (1–1000 μM) and a low detection limit (0.85 μM), outperforming most existing methods while demonstrating robust applicability in the analysis of complex food matrices. This work establishes APX-mimicking nanozymes as key components to overcome cascade pH barriers, enabling one-step small-molecule biosensing.
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