在精準醫療領域，體外診斷技術如同“疾病偵察兵”，其靈敏度與準確性直接決定疾病早期篩查與病情監測的效率。過氧化氫（H?O?）作為體外診斷中的關鍵信號分子，既是疾病生物標志物動態變化的“指示器”，也是催化信號放大的“核心中介”。然而，當前主流納米酶探針材料普遍存在對H?O?親和力低的瓶頸——由于結構調控困難、表面缺陷不足、d帶中心偏低所導致的高米氏常數（Km），使得在檢測應用過程中難以精準捕捉低豐度生物標志物，嚴重制約了體外診斷的靈敏度與準確性，成為臨床早期診斷應用的關鍵難題。
傳統納米酶較高的Km值意味著其對H?O?的“捕捉能力”較弱，易受復雜生物基質（如尿液、血液）中干擾物質影響，在面對臨床樣本中微量H?O?時“力不從心”，從而導致診斷結果偏差。如何通過精準設計提升納米酶對H?O?的親和力，成為科研人員亟待突破的核心目標。近期，杭州師范大學材料與化學化工學院黃又舉教授團隊敏銳捕捉到熱電子激發與轉移調控在納米酶探針材料精準結構設計與性能優化中的關鍵作用，創新性提出“多維度協同調控”策略，為解決傳統納米酶的親和力難題提供了全新思路。
相關研究工作以“Surface Hot-Electron Transfer Driven Site-Specific Growth of Pt Nanoisland onto Au NR@CeO? Dumbbells with Exceptional H?O? Affinity for Ultra-Sensitive Vitro Diagnosis”為題在Advanced Functional Materials上發表。
研究團隊針對傳統納米酶對H?O?親和力低這一長期難題展開系統攻關。摒棄以往單一結構優化的傳統策略，通過熱電子轉移驅動元素摻雜、結構調控、表面工程的協同整合，實現元素間電子高效傳遞、高密度表面缺陷以及d帶中心的精準調控，成功構建了可高效捕捉H2O2的Au NR@CeO?@Pt（L-ACP-DIS）納米酶探針。激光誘導的耦合作用與電子轉移過程在Au NR@CeO?基底的活化中發揮關鍵作用。金納米棒（AuNR）可作為“電子激發器”，利用其局域表面等離激元特性可在近紅外光激發下產生大量熱電子，顯著降低表面化學反應能壘，促進快速氧化還原反應的發生。因此，通過激光介導的熱電子激發實現Pt2+還原沉積生長所形成的異質結構具有豐富的表面缺陷。半導體二氧化鈰（CeO2）憑借其“電子泵”功能，不僅為熱電子遷移提供高效通道，還能有效延緩Au NR表面的熱電子激發速率。在此基礎上，CeO2可進一步精準調控Pt2?的還原動力學行為，從而實現Pt2?的非均勻還原沉積，這一過程突破了傳統Pt連續性生長模式的局限，促使其生長模式轉變為非連續、高比表面積的Pt納米島結構。這種創新性設計使L-ACP-DIS納米酶具備高暴露的催化活性位點數量、高表面缺陷密度以及高d帶中心特性，從而展現出卓越的H?O?親和性，其Km低至0.1907 mM，較近年來多數已報道的納米酶探針材料提高1-3個數量級。
圖1. Au和CeO2之間的電子傳遞動力學驗證。
圖2. 對H2O2高親和力的L-ACP-DIS納米酶探針的合成制備及表征。
本研究不僅聚焦于納米酶的合成制備與性能調控，還深入探索了其實際應用價值；L-ACP-DIS對H?O?的高親和力和高催化性能，研究團隊構建了一套通用型體外醫療診斷試劑盒，可實現肌氨酸、葡萄糖、膽固醇、乳酸等多種疾病標志物的高靈敏度檢測。與近期文獻報道的基于納米酶的檢測方法相比，這些標志物的檢測限（LOD）實現了1-5個數量級的顯著提升。此外，L-ACP-DIS納米酶探針在儲存一年后仍能保持90%以上的催化活性，顯示出優異的穩定性，具備長期應用于體外診斷的潛力。該體外醫療診斷試劑盒可應用于前列腺癌、糖尿病、心血管疾病及乳酸中毒等疾病的早期診斷。檢測準確率達97.0%-102.2%，并能良好兼容患者尿液等復雜生物基質。
圖3. 基于納米酶探針檢測體系的構建及檢測性能對比。
圖4. 納米酶探針檢測體系在前列腺癌患者體外診斷中的應用。
本研究為發展下一代納米診斷技術奠定基礎。所開發的納米酶探針兼具超高檢測靈敏度、長期穩定性與多指標檢測能力，有效應對了早期疾病診斷與即時檢測（POCT）中的關鍵挑戰。此外，得益于該合成方法的良好可擴展性及性能優化策略的高度可調諧性，L-ACP-DIS納米酶探針有望在精準醫療與全球健康領域發揮變革性工具的關鍵作用。
該工作第一作者為杭州師范大學材料與化學化工學院聯合培養科研助理李明和杭州師范大學材料與化學化工學院陳靚副教授。通訊作者為杭州師范大學材料與化學化工學院黃又舉教授與丁彩萍副教授，以及寧波大學附屬第一醫院嚴澤軍主任，杭州師范大學為主要完成單位。該項研究得到浙江省“尖兵”“領雁”研發計劃（2024C03195）、國家自然科學基金（52222316）等項目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202517816
作者簡介：
黃又舉教授簡介
黃又舉，教授，博士生導師，國家優青，杭師大材料與化學化工學院副院長。2010年博士畢業于中國科學技術大學，師從李良彬教授。2010-2014年在新加坡南洋理工大學做博士后。2014-2019年在中科院寧波材料所工作，任副研究員/項目研究員。2017-2018年，在德國馬普所高分子所做訪問學者。2019年9月入職杭州師范大學，組建納米生物傳感器關鍵材料團隊。長期從事納米生物傳感器探針材料基礎及應用研究，提出了智能高分子調控“納米晶核補丁”策略，量身定制出30多種高效可醫用探針材料；發展了探針材料的智能多功能表面修飾策略，實現了不同維度（1D、2D和3D）的宏觀可控自組裝，揭示了探針材料與傳感器性能內在關聯性；研發了系列高性能納米生物檢測技術，探索了在食品安全和醫療領域的產業化應用。近五年，以通訊作者在Sci. Adv., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Soc. Rev.等期刊上發表SCI論文80余篇。被引用12000余次，H因子為57。授權中國和美國發明專利35件。主持科研項目20余項，包括6項國家自然科學基金。獲首屆浙江省青年科技英才獎（2021年），浙江省自然科學二等獎（2023年，第一完成人）和全國“挑戰杯”揭榜掛帥專項賽一等獎（2024年，指導老師）。入選浙江省海外高層次人才引進計劃（2016年）和國家自然基金委優秀青年項目（2022年）。
丁彩萍副教授簡介
丁彩萍，杭州師范大學材料與化學化工學院副教授，2019年博士畢業于華東師范大學，同年入職杭州師范大學材料與化學化工學院。主要從事功能性熒光量子點和等離激元納米粒子的精準合成及其功能化仿生修飾組裝，構建熒光可視化生物傳感器或多色可視化傳感器用于疾病標志物的檢測及診斷，以及構建多功能納米平臺用于腫瘤治療研究，進一步開發可商業化的生物檢測試劑盒。以第一/通訊作者在Adv. Mater., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Anal. Chem.等國際知名期刊發表SCI論文40余篇，被引用2000余次(Web of Science統計)，H因子為22，授權發明專利10余項。自2019年工作以來，作為項目第一負責人，獲項目資助5項，其中包括國家自然科學青年基金、浙江省自然科學基金；同時擔任浙江省科學技術廳2024年度第一批“尖兵”“領雁”研發攻關計劃項目子課題負責人。此外，擔任期刊Biosensors, Sensors客座編輯。
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