Thermodynamic Microenvironment Engineering in Mesoporous Nanoreactors to Enhance Biocatalysis for AI-Empowered Ultrasensitive Pathogen Detection

化学 纳米技术 生物催化 生物传感器 纳米材料 纳米反应器 介孔材料 荧光 生物界面 整体 点击化学 纳米颗粒 分子工程 固定化酶 量子点 生物物理学 可重用性 微型多孔材料 纳米载体 合理设计 生物相容性材料 组合化学 原位 石墨烯
作者
Yuechun Li,Chenjie Nie,Chunyan Ji,Zhaowen Cui,Yanwei Ji,Min Ma,Wentao Zhang,Leina Dou,Qianjin Liu,Jianlong Wang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (41): 22632-22642 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c03889
摘要

Harmonizing enzyme-support microenvironments to govern thermodynamic interaction landscapes presents a critical yet underexplored frontier in nanobiocatalysis for pathogen detection. Herein, we architecturally engineer mesoporous resorcinol formaldehyde nanospheres (mRFNSs, 9.95 nm pores) with tailored surface chemistry to elucidate how microenvironment modulation dictates enzyme immobilization energetics. Thermodynamic dissection demonstrates that betaine-tailored mRFNSs with optimal immobilization efficiency and activity dramatically reshape binding energetics, achieving record affinity through optimized electrostatic complementarity, hydrogen-bond networks, and hydrophobic effect. This microenvironment engineering strategy delivers an unprecedented 4.01-fold enhancement in binding constant ( K a = 1.12 × 10 8 vs 2.79 × 10 7 M –1 ) and superior thermodynamic spontaneity (Δ G = −46.0 vs −42.5 kJ mol –1 ). Leveraging this, we develop a paradigm-shifting ratiometric fluorescence immunoassay where ALP triggers in situ silicon quantum dot (SiQDs) synthesis (530 nm) against tetraphenylbenzidine reference (620 nm), achieving ultrasensitive Salmonella typhimurium ( S. typhimurium ) detection (100 CFU mL –1 ), which is 50-fold lower than that of conventional ELISA. A convolutional neural network (CNN) decodes smartphone-captured fluorescence hues, enabling portable classification (93.75% accuracy) of pathogen levels. Validated in food matrices (81.44–116.93% recovery), this work establishes thermodynamic-microenvironment correlations as a blueprint for next-generation nanobiocatalysts, bridging biointerface science with artificial intelligence (AI)-enhanced diagnostics.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
充电宝应助xiaoliu采纳,获得10
1秒前
LI完成签到,获得积分10
2秒前
姜姜发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
Shaw发布了新的文献求助10
3秒前
翟翟翟发布了新的文献求助10
3秒前
5秒前
狮山教授完成签到,获得积分10
6秒前
10完成签到,获得积分10
8秒前
小季发布了新的文献求助10
9秒前
FashionBoy应助俊逸博超采纳,获得10
10秒前
YUAN完成签到 ,获得积分10
13秒前
Shaw完成签到,获得积分10
13秒前
16秒前
17秒前
健忘海露发布了新的文献求助10
18秒前
18秒前
19秒前
19秒前
华仔应助兴奋雪珍采纳,获得10
19秒前
在水一方应助李好采纳,获得10
20秒前
W_TW应助sasha采纳,获得10
20秒前
JamesPei应助细腻天曼采纳,获得10
20秒前
冷傲剑成发布了新的文献求助10
21秒前
福娃选手完成签到 ,获得积分10
21秒前
李安全发布了新的文献求助30
22秒前
xiaoming发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
隐形曼青应助风趣友儿采纳,获得10
23秒前
曹绍振完成签到,获得积分10
24秒前
张琪发布了新的文献求助10
24秒前
simply完成签到 ,获得积分10
25秒前
10发布了新的文献求助10
25秒前
CodeCraft应助斯文依霜采纳,获得10
26秒前
天天熬大夜完成签到 ,获得积分10
26秒前
27秒前
28秒前
赘婿应助开心寄松采纳,获得10
29秒前
6666应助曹绍振采纳,获得10
29秒前
阿唐完成签到,获得积分10
29秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
2016 Venous Blood Study (VBS) (Final V3.0) 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
核安全综合知识2024版 500
Photothermal Science and Techniques 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7704249
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9262313
关于积分的说明 20036332
捐赠科研通 7279730
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3294869
关于科研通互助平台的介绍 2450006
邀请新用户注册赠送积分活动 2301523