近年来，生物酶在食品安全、环境治理等领域备受关注。其中,漆酶作为一种绿色生物催化剂,因其优异的多酚氧化性能而广泛应用。然而,天然漆酶存在诸多局限性,如生物稳定性差、成本高、回收利用效率低等,限制了其实际应用。

最近,一项新研究报告了一种基于生物启发的单原子Fe纳米酶,不仅展现出优异的漆酶样活性,而且具有极高的稳定性和重复使用性。这种单原子Fe纳米酶不仅可以有效去除食品中的有害污染物--黄曲霉毒素B₁,同时其独特的催化机制也为设计高性能酶模拟体提供了新思路（图1）。让我们一起来了解这项令人兴奋的研究成果!

图1 Fe-SAzyme的类漆酶活性及其在黄曲霉毒素B₁去除中的应用

生物启发的单原子Fe纳米酶

研究团队采用两步热处理的方法成功合成了该单原子Fe纳米酶(Fe-SAzyme)。通过多种表征手段,研究者发现Fe原子在纳米酶中呈单原子分散状态,没有观察到任何Fe纳米颗粒的存在；值得注意的是，Fe-SAzyme具有与天然漆酶活性中心类似的O₂-Fe-N₄配位环境（图2、图3）。

O₂-Fe-N₄配位环境：天然漆酶活性中心

O2-Fe-N₄这种特殊的配位结构赋予了Fe-SAzyme优异的漆酶样催化性能（图4）。与天然漆酶相比,Fe-SAzyme表现出更高的催化效率和卓越的稳定性。在广泛的pH(3.0-9.0)、温度(4-80°C)和NaCl浓度(0-300 mM)范围内,Fe-SAzyme仍能保持高活性。此外,Fe-SAzyme还具有出色的循环使用性,经过8次使用后仍能保持70.82%的相对活性（图5）。

通过密度泛函理论(DFT)计算,研究人员发现O₂-Fe-N₄配位中心可以有效激活氧分子,弱化氧气分子到水的氧化过程中O-O键,从而提高催化效率（图5）。这一发现不仅解释了Fe-SAzyme的优异催化性能,也为设计高性能酶模拟体提供了新思路。

高效去除黄曲霉毒素B₁

黄曲霉毒素B₁(AFB₁)是一种高度毒性的二次代谢产物,广泛存在于谷物、坚果等食品中,严重危害人体健康。传统的理化方法往往存在破坏营养成分、生成有毒副产物等问题。而生物酶催化作为一种绿色环保的AFB1去除方法,受到广泛关注。

本研究发现,Fe-SAzyme基于其出色的漆酶样活性,可以有效催化去除AFB₁。在优化反应条件下,Fe-SAzyme能够在2h内将AFB₁去除率达到92.5%。相比之下,天然漆酶在相同条件下的去除率仅为70.2%（图6）。这说明Fe-SAzyme具有广阔的应用前景。

总之,这项研究设计了一种生物启发的单原子Fe纳米酶,不仅展现出优异的漆酶样活性和稳定性,而且成功应用于高效去除黄曲霉毒素B₁。这不仅为解决食品安全问题提供了新思路,也为酶模拟体的设计提供了新启示。相信通过不断的科研创新,我们一定能够开发出更多高性能的生物酶模拟体，造福人类。

图2 a)Fe-SAzyme的HRTEM图像；b)Fe-SAzyme的HAADF-STEM图像；c)Z-NC和Fe-SAzyme的XRD；d)Fe-SAzyme的EDS图谱图像；e)Fe-SAzyme的拉曼散射光谱；f)Fe-SAzyme的N₂吸附-解吸等温线；g)Fe-SAzyme的BET吸附孔径分布。

图3 Fe-SAzyme中a) N 1s和b) Fe 2p，c) O 1s的XPS谱；d)Fe-SAzyme的Fe K-edge XANES光谱；e)Fe-SAzyme在R空间的FT-EXAFS谱；f)Fe-SAzyme在R空间的EXAFS拟合曲线；g) Fe-SAzyme，h) Fe箔和i) Fe₂O₃的WT-EXAFS图。

图4 Fe-SAzyme的类漆酶活性

图5 a) TBA、b) NBT和c) FFA分别对Fe-SAzyme的漆酶样活性的影响；d)由DFT计算提出的类似漆酶的Fe-SAzyme催化机理。数据以平均值±标准差表示，n = 3。

图6 Fe-SAzyme在去除黄曲霉毒素B₁中的应用

参考文献：DOI: 10.1002/smll.202400629