BaTiO3纳米颗粒作为过氧化物酶模拟物在生理pH下比色检测谷胱甘肽S转移酶

谷胱甘肽S-转移酶（GST）是一种关键的解毒酶，广泛存在于生物体内，且在多种癌症中表现出过表达。因此，开发一种高效的GST检测方法至关重要。近年来，纳米酶因其制备简便、成本低且对恶劣条件具备高稳定性，在生物传感、污染降解和治疗等领域有广泛应用，但其催化活性往往难以与天然酶匹敌。尽管外部光照和电刺激可增强其活性，但受限于光穿透性和电刺激稳定性，大多数纳米酶在中性条件下失活，限制了其在生理环境中的应用。

西南大学郑鹄志团队报道了一种基于合成的具有卓越类过氧化物酶活性的BaTiO3纳米粒子（BTO NPs）的比色检测方法用于在生理pH条件下灵敏检测GST。如图1所示，铁电性质是BTO NPs作为过氧化物酶模拟物所必需的。BTO NPs由于铁电效应产生h⁺和e^-，然后h⁺和e^-与H₂O₂和溶解氧反应产生ROS，包括•OH、1O₂和O₂•^-，随后将无色的TMB氧化为蓝色的oxTMB。谷胱甘肽（GSH）具有很强的还原性，可以抑制TMB的氧化。相反，谷胱甘肽S转移酶（GST）通过促进GSH与 1-氯-2,4-二硝基苯之间的反应，减少了GSH的抑制作用。基于此，建立了在生理pH条件下检测GST的比色方法，当GST存在时，比色信号增强，而GST不存在时，无GSH抑制oxTMB的还原，致使oxTMB还原为无色TMB，比色信号降低。

图1 具有增强催化作用的多酶模拟纳米酶一步检测tau蛋白示意图。

研究结论

本研究发现铁电BTO NPs在生理pH条件下表现出显著的过氧化物酶样活性。具体来说，BTO NPs通过内置电场促进载流子分离，引发与H₂O₂和溶解氧的氧化还原反应这一过程被证明是其高过氧化物酶样活性的关键机制。基于铁电效应，BTO NPs的TMB和H₂O₂底物的催化常数分别达到1.99×10⁴ s^⁻1和9.41×10³ s^⁻1，分别比HRP高4倍和2倍。在生理pH值为0.025-5.00 U⋅L^-1范围内，建立比色检测GST的方法，检出限为0.020 U⋅L^-1。本研究不仅揭示了BTO NPs在生理pH下的高过氧化物酶样活性以及铁电效应对其活性的重要作用，成功克服了过氧化物酶模拟物的pH限制，而且为设计和开发具有过氧化物酶样活性的纳米酶提供了一个新的平台。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136575