癌症等严重疾病的早期诊断依赖于特定生物标志物的精确检测和分析。近年来，具有类酶特性的纳米酶因其优异的稳定性、成本效益和易于大规模生产的优势，在生物传感、生物催化和临床诊断中展现出巨大潜力。然而，现有的纳米酶合成方法往往存在稳定性差、成本高等问题。微流控技术因其在小尺度流体操作中的高精度和高效混合能力，成为纳米材料合成的有力工具。
封装具有酶活性的生物分子的沸石咪唑酯框架-8（ZIF-8）已成为一种新型生物相容性纳米酶，对各种生物标志物的生物分析以及癌症等严重疾病的早期诊断具有重要意义。然而，这些纳米酶的快速、连续和可扩展合成仍然具有挑战性。近期，南京大学宋玉君教授团队提出了一种快速连续合成Hemin@ZIF-8纳米酶（hemin，一种具有类过氧化物酶活性的血红素蛋白）的新型微流控方法，用于细胞活性氧（ROS）检测和抗癌药物筛选。相关研究以“Microfluidic Synthesis of Hemin@ZIF-8 Nanozyme with Applications in Cellular Reactive Oxygen Species Detection and Anticancer Drug Screening”为题目发表于期刊《Lab on a Chip》。
本文要点：
1、本文提出了一种新颖的微流控方法，用于快速连续合成hemin@ZIF-8纳米酶。
2、通过采用“之”字形通道和带有突然膨胀结构的螺旋形通道的独特组合，显著提高了芯片内的混合效率，并实现了hemin在ZIF-8中的有效封装。
3、所制备的hemin@ZIF-8纳米粒子表现出类过氧化物酶活性，可检测低至45nM的游离H2O2，并能以约10cells/mL的灵敏度检测活细胞分泌的H2O2。
4、利用该方法，成功实现了癌细胞的检测和诱导癌细胞氧化应激损伤的抗癌药物筛选。
5、这一创新的微流控策略为合成功能性纳米复合材料提供了新途径，有望促进用于早期疾病检测和个性化医疗的下一代诊断工具的开发。
全文总结/概括：
Hemin@ZIF-8纳米酶的优势：
1、高催化活性：Hemin@ZIF-8纳米酶具有优异的类过氧化物酶活性，能够高效催化底物反应。
2、高稳定性：ZIF-8材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，能够保护Hemin的活性，提高纳米酶的稳定性。
3、生物相容性：ZIF-8材料具有良好的生物相容性，能够在生物体内发挥作用，不会引起明显的毒副作用。
4、易于制备：Hemin@ZIF-8纳米酶可以通过微流控芯片技术进行高效、连续合成，便于大规模生产。
微流控芯片技术在合成Hemin@ZIF-8纳米酶中发挥了哪些关键作用？
1、提高混合效率：芯片设计采用了“之”字形通道和带有突然扩张结构的螺旋通道的组合，通过改变流体方向和速度，显著提高了芯片内的混合效率，从而加快了化学反应速率。
2、加速质量传递：优化的混合结构加速了反应物之间的质量传递，促进了反应产物的快速形成。
3、减少反应时间：与传统的批量合成方法相比，微流控芯片技术将Hemin@ZIF-8纳米酶的合成时间从2小时缩短至8分钟，显著提高了合成效率。
4、高产率：该技术能够实现每小时约50毫克的Hemin@ZIF-8产量，并且可以通过并联混合结构进一步扩大生产规模。
Hemin@ZIF-8纳米粒子在生物医学领域拥有广泛的应用潜力，除了文中提到的检测细胞内活性氧和筛选抗癌药物，它还可能在以下方面发挥作用：
1、生物催化：hemin@ZIF-8具有类过氧化物酶活性，可以催化多种氧化还原反应，如氧化酚类化合物、降解有机污染物等。这使得它在生物催化领域具有潜在的应用价值，可用于生物燃料生产、环境修复等。
2、生物成像：hemin@ZIF-8可以作为纳米载体，将荧光染料、磁性纳米颗粒等封装其中，用于生物成像。例如，可以将荧光染料封装在hemin@ZIF-8中，用于肿瘤细胞的靶向成像。
3、药物递送：hemin@ZIF-8的孔隙结构可以用于药物的封装和递送。例如，可以将抗癌药物封装在hemin@ZIF-8中，用于肿瘤的靶向治疗。
4、生物传感器：hemin@ZIF-8可以用于构建生物传感器，实现对葡萄糖、胆固醇、蛋白质等生物分子的检测。例如，可以将hemin@ZIF-8与葡萄糖氧化酶结合，用于构建葡萄糖传感器。
总而言之，hemin@ZIF-8纳米粒子具有独特的结构和功能，在生物医学领域拥有广阔的应用前景。未来，随着研究的深入，hemin@ZIF-8纳米粒子将会在更多领域发挥重要作用。
图1.用于细胞ROS检测的Hemin@ZIF-8的微流控合成示意图。
图2.微流控芯片的设计和混合效率。
图3.ZIF-8和Hemin@ZIF-8的表征。
图4.细胞H2O2检测。
图5.基于细胞H2O2检测的抗癌药物筛选。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D4LC00290C
