Multienzyme Cascades Based on Highly Efficient Metal–Nitrogen–Carbon Nanozymes for Construction of Versatile Bioassays

化学 生物测定 纳米技术 碳纤维 氮气 金属 环境化学 生化工程 有机化学 生态学 复合材料 工程类 复合数 生物 材料科学
作者
Chenghui Zhang,Chuanxia Chen,Dan Zhao,Ge Kang,Fangning Liu,Fan Yang,Yizhong Lu,Jian Sun
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (8): 3485-3493 被引量:194
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c04018
摘要

Distinguished by the coupled catalysis-facilitated high turnover and admirable specificity, enzyme cascades have sparked tremendous attention in bioanalysis. However, three-enzyme cascade-based versatile platforms have rarely been explored without resorting to tedious immobilization procedures. Herein, we have demonstrated that formamide-converted transition metal–nitrogen–carbon (f-MNC, M = Fe, Cu, Mn, Co, Zn) with a high loading of atomically dispersed active sites possesses intrinsic peroxidase-mimetic activity following the activity order of f-FeNC > f-CuNC > f-MnNC > f-CoNC > f-ZnNC. Ulteriorly, benefitting from the greatest catalytic performance and explicit catalytic mechanism of f-FeNC, versatile enzyme cascade-based colorimetric bioassays for ultrasensitive detection of diabetes-related glucose and α-glucosidase (α-Glu) have been unprecedentedly devised using f-FeNC-triggered chromogenic reaction of 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine as an amplifier. Notably, several types of α-Glu substrates can be effectively utilized in this three-enzyme cascade-based α-Glu assay, and it can be further employed for screening α-Glu inhibitors that are used as antidiabetic and antiviral drugs. These versatile assays can also be extended to detect other H2O2-generating or -consuming biomolecules and other bioenzymes that are capable of catalyzing glucose generation procedures. These nanozyme-involved multienzyme cascades without intricate enzyme-engineering techniques may provide a concept to facilitate the deployment of nanozymes in celestial versatile bioassay fabrication, disease diagnosis, and biomedicine.
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