N-Doped Carbon Nanotubes Supported Fe–Mn Dual-Single-Atoms Nanozyme with Synergistically Enhanced Peroxidase Activity for Sensitive Colorimetric Detection of Acetylcholinesterase and Its Inhibitor

化学 过氧化物酶 碳纳米管 检出限 激进的 催化作用 组合化学 密度泛函理论 线性范围 纳米技术 有机化学 计算化学 色谱法 材料科学
作者
Yan-Wen Mao,Juan Zhang,Rui Zhang,Jiaqi Li,Ai‐Jun Wang,Xiaocheng Zhou,Jiu‐Ju Feng
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (22): 8640-8648 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c01070
摘要

Monitoring acetylcholinesterase (AChE) and its inhibitors is of importance for early diagnosis and therapy of neurological diseases. Herein, N-doped carbon nanotubes supported Fe–Mn dual-single-atoms (FeMn DSAs/N-CNTs) were fabricated by a simple pyrolysis, as thoroughly figured out by a series of the characterization techniques. The peroxidase-like activity of FeMn DSAs/N-CNTs was investigated by catalytic oxidation of 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB) to generate rich hydroxyl radicals (·OH) in the H2O2 system, which effectively catalyzed colorless TMB oxidation to blue oxidized TMB (ox-TMB). Besides, the peroxidase-like activity was greatly weakened by thiocholine (derived from AChE), accompanied by making blue ox-TMB fade. Impressively, the highly improved peroxidase-like property is further evidenced by density functional theory (DFT) calculations, where the dual-single atoms show a lower energy barrier (0.079 eV) and their interactions with the N-CNTs played critical roles for producing the oxygen radicals. By virtue of the nanozyme, a low-cost, specific, and sensitive colorimetric sensor was built for detection of AChE with a broader linear range of 0.1–30 U L–1 and a lower limit of detection (LOD, 0.066 U L–1), combined with its feasible analysis in human serum samples. Also, this platform was applied for measuring huperzine A inhibitor with a wide linear scope of 5–500 nM and a LOD down to 4.17 nM. This strategy provides a low-cost and convenient approach for early clinical diagnosis and drug development.
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