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仪表网 研发快讯】近日，东南大学化学化工学院、江苏省富碳材料器件工程研究中心张袁健教授课题组和江西师范大学高雪皎教授合作，在新型拓扑结构氮化碳和智能生物传感方面取得重要进展。相关成果以“Graphitic C6N6-supported Dual Cu/Zn Single-Atom Nanozyme Mimicking Allosteric Regulation for Intelligent Switching Biosensing(变构调节赋能氮化碳智能生物传感)”为题在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.(Hot Paper)上在线发表。
具有自适应能力的化学
传感器经常出现在科幻影片中，能够为机器人、脑机接口和物联网等智能人工设备中提供集成度更高的动态环境或者外界刺激信息。为了实现这一目标，寻找具有可逆切换功能的催化剂是关键。然而，催化剂活性中心的电子结构往往保持不变，不能同时匹配多个催化反应，限制了不同功能间的高效可逆切换。
氮化碳作为一种二维半导体聚合物，具有可调的共轭重复单元和空腔结构以及丰富的孤对电子，能够作为骨架来构建金属单原子纳米酶。从原理上看，通过模拟天然金属酶的变构调节机制，调控金属中心在不同氧化还原反应中的价态，有望为实现多功能的可逆切换提供一条有效的路径。
鉴于此，东南大学张袁健团队报道了一种铜/锌双单原子纳米酶。该纳米酶在无光条件下通过一价和二价铜的价态循环实现优异的类超氧物歧化酶(SOD)活性，还能够在光照下通过零价和一价铜的循环反应，展现出独特的类过氧化物酶(POD)活性。此外，通过交替的光照，SOD和POD活性之间的可逆转换效率超过90%以上，比光敏小分子的顺式和反式异构体之间的切换效率还要高30%。利用该纳米酶，研究团队进一步成功应用于单界面智能切换生物传感，并在微流控反应器中实现了葡萄糖和黄嘌呤体外可逆切换检测。考虑到光照优异的时空分辨率和高度可控性，该研究报道的智能生物传感器将为智能人工设备提供集成度更高的动态化学传感界面。
本工作的第一作者为东南大学化学化工学院博士生洪卿，通讯作者为东南大学张袁健教授、沈艳飞教授和江西师范大学高雪皎教授。该工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的资助。
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