类似花朵结构的Cu/Ag纳米酶作为氧化酶模拟物，用于氢醌的比色检测

《Microchemical Journal》：Flower-like Cu/Ag nanozyme as oxidase-mimic for the colorimetric detection of hydroquinone

双金属铜银纳米酶氧化酶模拟活性用于氢醌比色检测，检测限低至85nM，在复杂水样中表现出97.4%-106.5%的高回收率。

　　

刘毅|欧阳星星|杨红芬|杨丹|葛佳|刘宇|蔡仁

中国湖南省长沙市，湖南计量测试技术研究院，410014

摘要

本文开发了一种基于双金属铜-银（Cu/Ag）纳米酶的新型比色系统，用于测定氢醌（HQ）。这种双金属Cu/Ag纳米酶具有类氧化酶活性，能够迅速将TMB氧化为蓝色oxTMB。当向传感系统中加入HQ时，蓝色oxTMB会被还原为无色的TMB，从而导致吸光度下降。该检测方法在氢醌测定中表现出优异的性能，检测限为85 nM。此外，该策略还可用于自来水及河水中氢醌的检测，回收率在97.4%–106.5%之间。

引言

氢醌（HQ）是一种酚类化合物，在化妆品、染料和农药等行业中有广泛的应用[1]、[2]、[3]。由于其高毒性和在生态环境中的难降解性，HQ被认为是一种重要的环境污染物。过量摄入氢醌可能导致多种疾病，包括皮肤炎症、过敏、眼睛损伤、心动过速、肝功能损伤等[4]、[5]、[6]。目前，已有多种分析方法用于氢醌的测定，包括高效液相色谱法、电化学分析和气相色谱法[7]、[8]、[9]。然而，这些方法存在检测时间较长、样品预处理过程繁琐等缺点。因此，亟需开发一种成本低廉且准确的氢醌测定方法。比色法因其操作简便、成本低廉以及结果易于视觉解读而受到广泛关注。

近年来，纳米酶因其高的催化稳定性、宽pH耐受性和成本效益而受到研究人员的关注[10]、[11]。许多纳米材料，包括碳基材料、金属及其氧化物以及金属有机框架，均表现出类氧化酶活性[12]、[13]、[14]、[15]。双金属纳米酶在生物传感、治疗等多个领域受到青睐[16]、[17]。与单金属纳米酶相比，双金属纳米酶具有更多的催化活性位点和可调的金属间电子相互作用[18]，因此设计新型双金属纳米酶可以大大扩展其应用范围。

在本研究中，我们制备了一种具有高类氧化酶活性的Cu/Ag纳米酶。在酸性条件下，Cu/Ag纳米酶可通过与溶解氧的反应高效生成超氧阴离子（O₂^•?）。Cu/Ag纳米酶将无色的3,3,5,5-四甲基苯胺（TMB）氧化为蓝色oxTMB（见图1）。当向传感系统中加入HQ时，oxTMB会被还原为无色的TMB，从而导致吸光度下降。基于Cu/Ag纳米酶的优异催化活性，我们开发了一种用于敏感检测氢醌的比色传感器，检测限为85 nM。该策略已成功应用于复杂样品中的氢醌测定。据我们所知，这是首次报道基于双金属Cu/Ag纳米酶的氢醌检测平台。该策略在氢醌检测方面具有显著优势，包括高效率、良好的稳定性和优异的重现性。

部分内容摘要

双金属Cu/Ag纳米酶的制备

简要来说，将0.882 g谷氨酸、0.374 g Cu(NO₃)₂、0.676 g AgNO₃和15 mL乙醇加入50 mL乙二醇中，然后通过超声处理使混合物完全溶解。将溶液置于高压釜中，在120°C下加热5小时。高压釜冷却至25°C后，用超纯水离心洗涤三次，并在65°C下干燥，从而获得Cu/Ag纳米酶。

氢醌的检测

首先，将Cu/Ag纳米酶在超纯水中超声分散10分钟，以获得均匀分散的悬浮液

双金属Cu/Ag纳米酶的特性分析

采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对双金属Cu/Ag纳米酶的形态和尺寸进行了表征。TEM图像显示，双金属Cu/Ag纳米酶具有紧密排列的花瓣状纳米结构，这与SEM的结果一致（见图1A–B）。同时，双金属Cu/Ag纳米酶由厚度约为28 nm的花瓣状纳米片组成（见图1C），其尺寸分布范围为0.8–2.5 μm（见图1D）。

结论

在本研究中，我们设计了一种双金属Cu/Ag纳米酶，用于构建氢醌的比色检测平台。由于Cu/Ag纳米酶具有优异的类氧化酶活性，在0.25 μM至25 μM的浓度范围内，该方法对氢醌呈现线性响应，检测限为85 nM。此外，该技术在实际样品中的应用也证明了其高效性，显示出良好的应用潜力。

作者贡献声明

刘毅：实验研究。欧阳星星：方法学设计。杨红芬：初稿撰写、验证、指导。杨丹：撰写与编辑、初稿撰写、指导。葛佳：撰写与编辑、初稿撰写、验证、指导、软件开发。刘宇：验证、软件使用、资源准备。蔡仁：撰写与编辑、初稿撰写、指导、资源准备。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：22504054、22574046）、湖南省自然科学基金（项目编号：2025JJ80268、2024JJ5348）以及河南省自然科学基金（项目编号：252300423134）的支持。