新型纳米酶助力酚类污染物检测与降解，开拓环保与生物传感新方向

酚类化合物作为工业生产常见副产物，广泛存在于制药、农业、印染和树脂制造等行业废水中，会污染水和土壤，威胁生态系统与人体健康。传统检测和降解酚类污染物的方法，如质谱、高效液相色谱等，虽准确性高，但存在预处理复杂、成本高昂、需专业人员操作等问题。漆酶作为一种多铜氧化酶，能催化酚类化合物氧化，却因生产成本高、稳定性差等缺陷限制了实际应用。

科研团队通过半胱氨酸 - 铜与 NH₂-ZIF-8 的超分子组装，制备出 Cys-Cu/NH₂-ZIF-8 纳米酶。相比天然漆酶，该纳米酶的米氏常数（Km）低至 0.13 mM，最大反应速度（Vmax）为 1.91×10⁻⁵ mM s⁻¹ ，在极端 pH、高温和长期储存等条件下稳定性显著提升。例如，在 pH 为 3 和 9 的缓冲溶液中孵育 1 小时后，天然漆酶催化活性分别损失 28.5% 和 58.38%，而 Cys-Cu/NH₂-ZIF-8 纳米酶仅损失约 12.88% 和 46.36%；在高温（高于 90°C）环境下，天然漆酶完全失活，纳米酶在恶劣温度条件下仍能保持 27.32% 的活性，且在 2 周储存期内保留约 61.04% 的活性，12 次催化循环后仍有 73.95% 的相对活性。

图 1：FE-SEM 分析显示 ZIF-8、NH2​-ZIF-8 呈规则晶体状，Cys−Cu/NH2​-ZIF-8 为不规则球形结构。

图 2：从 EDX 光谱、FT-IR 光谱、XRD 图谱分析，证实纳米酶制备成功及相关化学键、晶体结构信息。

这种纳米酶可高效降解和定量检测酚、1 - 萘酚、2 - 氨基酚、2 - 硝基酚和 2,4 - 二氯酚等多种酚类物质。实验表明，其对酚类物质的氧化能力优于天然漆酶，催化活性位点丰富，底物通用性良好。在检测方面，该纳米酶对不同酚类物质检测限在 3.28 - 11.32 μM 之间，线性范围广，干扰物质影响小，在土壤样品检测中回收率高、相对标准偏差低，展现出良好的实用性。同时，纳米酶降解酚类化合物生成的中间产物毒性较低，减少了二次污染风险。

图 3：验证Cys−Cu/NH2​-ZIF-8 类漆酶活性，对比不同催化材料活性，计算动力学参数。

研究人员还运用人工神经网络（ANN）对酚类化合物降解效率进行建模。以 2,4 - 二氯酚为模型污染物，输入初始浓度、催化剂用量、孵育时间和 pH 等变量，构建 4:7:1 拓扑结构的 ANN 模型。结果显示，该模型能成功预测 2,4 - 二氯酚的去除情况，为优化降解工艺提供了有力支持。

图 4：展示Cys−Cu/NH2​-ZIF-8 和漆酶在不同条件下的稳定性、活性及纳米酶的可回收性。

图 5：纸片扩散法检测酚类化合物降解产物对细菌的毒性，表明产物毒性降低。

此外，利用 Cys-Cu/NH₂-ZIF-8 纳米酶构建的智能手机比色传感器可检测多巴胺。该传感器检测限为 6.27 μM，在 10 - 140 μM 范围内呈良好线性关系，且抗干扰能力强，为多巴胺的快速检测提供了新途径。

Cys-Cu/NH₂-ZIF-8 纳米酶在催化性能、稳定性、检测灵敏度和底物通用性等方面优势明显，有望在生物技术、环境保护和生物传感等领域广泛应用，为解决酚类污染物问题和生物分子检测提供创新方案。

参考文献：

Rashtbari S, Dehghan G, Khataee S, et al. Detection and degradation of phenolic pollutants using a highly effective and stable biomimetic laccase-mimicking Cys-Cu/NH2-ZIF-8 nanozyme: Toxicity assessment and artificial neural network modeling[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2025: 116539.