三氧化二锰纳米材料的类氧化酶活性

三氧化二锰（Mn2O3）为黑色立方系晶体，不溶于水、醋酸和氯化铵溶液，溶于其他无机酸。它可用作布的印染剂，也是制锰化合物的原料及中间产物。本文将介绍三氧化二锰纳米材料的类氧化酶活性。

背景

纳米酶具有高稳定性、低成本、易合成和易修饰等优点，有望取代辣根过氧化物酶（HRP）在生物传感器中的应用，特别对于免疫分析法的技术发展具有重要意义。到目前为止，已经报道了多种诸如Fe3O4 、Pd-Ir、Pd@Au等具有过氧化物酶活性的纳米酶，并成功应用于免疫分析法。但是，对于上述纳米酶，其底物一般为稳定性不高的H2O2等过氧化物，相对于传统的HRP，其提升幅度有限。具有类氧化酶活性的纳米酶可以利用分子氧作为氧化剂直接催化底物（如TMB），因此其更具有发展潜力和吸引力。其中CeO2纳米颗粒是一个模拟氧化酶的代表性的例子，但其活性较低，需要添加氟化物以提高活性。NiO是另一种类氧化酶，但它只能以Amplex Red作为底物。

为解决这一问题，需要寻找一种通用的、高活性的类氧化酶纳米酶。锰元素具有丰富的氧化态，其氧化物被报道有多种酶活性，如过氧化物酶、氧化酶、超氧化物歧化酶、葡萄糖氧化酶等活性。但对锰氧化物的类氧化酶活性仍缺乏系统的比较。

研究进展

Zijian Chen 等人^[1]比较了三氧化二锰、四氧化三锰、二氧化锰以及其他金属氧化物纳米材料的催化活性。发现三氧化二锰具有最强的氧化物酶催化活性。并且，电镜和BET表面积测定结果表明，Mn2O3没有明显的表面积优势。因此，可认为Mn2O3的活性来源于其内在结构，尤其是其中的三价锰离子。另外，加入双氧水后，Mn2O3的活性被抑制，而多数其他氧化物的活性则有所增加。

采用物理吸附方法是纳米酶标记抗体的常用方法。为探究三氧化二锰纳米颗粒在免疫分析法中的应用，课题组成员采用FITC-BSA考察了三氧化二锰等纳米材料对蛋白质的吸附能力，发现Mn2O3对蛋白质吸附能力较弱。为实现将三氧化二锰对抗体的标记，课题组进一步采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对其进行氨基化修饰，获得Mn2O3@APTES材料，并通过戊二醛将与其特异性识别水胺硫磷的单克隆抗体进行偶联，以获得酶标抗体，并建立一步式免疫分析法。

该方法具有速度快、成本低、操作简便等优点，可为纳米酶在免疫分析中应用提供借鉴。

参考文献

[1] The Most Active Oxidase-mimicking Mn2O3 Nanozyme for Biosensor Signal Generation. doi:10.1002/chem.202100567