Unprecedented peroxidase-mimicking activity of single-atom nanozyme with atomically dispersed Fe–Nx moieties hosted by MOF derived porous carbon

催化作用 辣根过氧化物酶 纳米技术 多孔性 生物传感器 纳米材料 金属有机骨架 材料科学 化学 化学工程 Atom(片上系统) 组合化学 有机化学 吸附 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Xiangheng Niu,Qiurong Shi,Wenlei Zhu,Dong Liu,Hangyu Tian,Shaofang Fu,Nan Cheng,Suiqiong Li,Jordan N. Smith,Dan Du,Yuehe Lin
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:142: 111495-111495 被引量:282
标识
DOI:10.1016/j.bios.2019.111495
摘要

Due to robustness, easy large-scale preparation and low cost, nanomaterials with enzyme-like characteristics (defined as ‘nanozymes’) are attracting increasing interest for various applications. However, most of currently developed nanozymes show much lower activity in comparison with natural enzymes, and the deficiency greatly hinders their use in sensing and biomedicine. Single-atom catalysts (SACs) offer the unique feature of maximum atomic utilization, providing a potential pathway to improve the catalytic activity of nanozymes. Herein, we propose a Fe-N-C single-atom nanozyme (SAN) that exhibits unprecedented peroxidase-mimicking activity. The SAN consists of atomically dispersed Fe─Nx moieties hosted by metal–organic frameworks (MOF) derived porous carbon. Thanks to the 100% single-atom active Fe dispersion and the large surface area of the porous support, the Fe-N-C SAN provided a specific activity of 57.76 U mg-1, which was almost at the same level as natural horseradish peroxidase (HRP). Attractively, the SAN presented much better storage stability and robustness against harsh environments. As a proof-of-concept application, highly sensitive biosensing of butyrylcholinesterase (BChE) activity using the Fe-N-C SAN as a substitute for natural HRP was further verified.
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