引言

酶作为生命活动中的重要生物催化剂,在各种化学反应中发挥着关键作用。然而,天然酶存在诸如成本高、稳定性差、难以重复利用等局限性,限制了其在工业和医疗领域的广泛应用。近年来,人工酶(也称纳米酶)凭借其可控的催化活性、优异的耐受性和多功能性,引起了广泛关注,被视为天然酶的有力替代品。

合理设计配体是构建高性能纳米酶的关键。希夫碱作为一类重要的配体类型,由于其容易合成、与金属离子配位能力强等特点,在催化、生物传感、环境修复等领域展现出广阔应用前景。那么,如何利用希夫碱配体合成新型纳米酶,并拓展其多功能应用,成为了本文探讨的核心内容。

结果与讨论

1. 希夫碱配体的合成与表征

研究人员采用一种简单快捷的方法,利用戊二醛(GTA)和4-氨基吡啶为原料,通过缩合反应合成了一种新型希夫碱配体DPDI。从DPDI的化学结构可以看出,其中两个4-氨基吡啶分子与一个GTA分子反应生成了具有双亚胺键的产物。值得注意的是,反应体系的溶剂极性对产率有显著影响,纯水体系下产率最高,达到95%以上。

接下来,研究人员尝试将DPDI配体与过渡金属离子(Cu²⁺、Ag⁺、Zn²⁺)进行配位反应,发现DPDI能够自发与金属离子形成各种纳米结构。例如,DPDI-Cu呈现出纳米囊泡状形貌,DPDI-Ag为纳米球状,DPDI-Zn则为纳米片状。这种自组装过程无需复杂的反应条件和催化剂,充分体现了希夫碱配体的优异配位性能。

2. 酶模拟性能与应用

在诸多功能中,DPDI-Cu纳米复合物尤其引人关注,因其表现出优异的酶模拟活性。研究发现,DPDI-Cu的催化动力学参数(Km、Vmax)均优于天然漆酶,且对pH、温度、离子强度等环境因素具有更强的耐受性,显示出良好的稳定性。

基于这种出色的酶模拟性能,DPDI-Cu纳米酶可用于多种化合物的检测。实验结果表明,该纳米酶能够快速、灵敏地检测多巴胺、肾上腺素、四环素等重要神经递质和药物分子,检出限可达微摩尔级。通过LC-MS分析,发现DPDI-Cu可高效氧化降解四环素。此外,研究人员将DPDI-Cu负载到膨润土基质上,构建了一种高效的四环素吸附剂,最大吸附容量高达208 mg/g。

3. 抗真菌活性与安全性

除了优异的酶模拟性能,DPDI基金属配合物在抗真菌领域也展现出较强的应用潜力。DPDI/Cu和DPDI-Ag纳米材料对致病真菌如曲霉菌等表现出良好的抑菌活性,最小抑菌浓度分别为400 μg/mL和3.12 μg/mL。进一步的机理研究发现,DPDI-Ag可诱导真菌细胞膜破坏,引发细胞内ROS过量生成和细胞凋亡。值得一提的是,DPDI-Ag对小麦种子并未表现出明显的毒性,说明该纳米材料具有良好的生物相容性。

总结与展望

本文设计合成了一种新型希夫碱配体DPDI,并通过自组装方法制备了一系列具有多功能性的过渡金属配合物纳米材料。其中,DPDI-Cu纳米酶表现出优异的酶模拟活性,可用于神经递质/抗生素的检测,以及污染物四环素的吸附去除。DPDI/Cu和DPDI-Ag则显示出良好的抗真菌活性,为农业应用提供了新思路。这些研究结果不仅丰富了希夫碱配体在纳米酶领域的应用,也为开发高性能多功能材料提供了新的合成策略。

未来,我们还需进一步深入探索希夫碱配体的结构-性能关系,优化材料设计,实现更多实际应用。同时,结合先进表征手段,系统研究希夫碱纳米酶的作用机理,为该类新型功能材料的广泛应用奠定坚实基础。

参考文献

Ain, Q. U.; Rasheed, U.; Chen, Z.; Tong, Z., Novel Schiff's base-assisted synthesis of metal-ligand nanostructures for multi-functional applications: Detection of catecholamines/antibiotics, removal of tetracycline, and antifungal treatment against plant pathogens. J. Hazard. Mater. 2024, 476, 135009.