近日，澳门金沙娱乐城-金沙娱乐城官网牛效迪教授团队与电子科学与工程学院董彪教授团队跨学科协同攻关，在纳米酶保鲜技术领域取得里程碑式突破。乐成制备出铜铁孪晶纳米酶（CuFe NCs），并基于该纳米酶开发出多功效复合膜（Cu-Fe/SL），不仅实现了长达1年的酶活性稳态保持，更告竣19天的食品长效保鲜效果，为易腐食品保鲜提供了低成本、高性能的创新技术方案。相关结果以“Breaking the durability barrier with d band optimized Cu Fe twin crystal nanozymes for long term suppression of Botrytis cinerea”为题发表于国际期刊《Nature Communications》。

全球食物浪费已成为紧迫的全球性挑战，联合国情况计划署2024年《食品浪费指数陈诉》显示，每人年均浪费食物达132公斤，其中果蔬等易腐产物占比超40%，此类浪费总量可满足1.9亿人年度营养需求。灰葡萄孢菌引发的糜烂变质与食品水分流失，是导致易腐食品货架期短、浪费严重的两大焦点原因。传统保鲜手段如冷藏、打蜡、添加化学防腐剂等，存在成本高、易诱导致病菌耐药性、难以兼顾抗菌与保湿需求等缺陷，无法从基础上解决问题。因此，开发长效、高效、低成本的新型保鲜技术，成为停止食物浪费、保障食品供应链宁静的要害。

纳米酶作为融合纳米质料特性与类酶催化活性的新型功效质料，凭借情况稳定性强、制备成本可控、抗菌谱广等优势，已成为食品保鲜领域的焦点研究偏向。前期研究证实，纳米酶可通过催化发生活性氧实现高效抗菌，在果蔬、水产等易腐食品储存中展现出巨大应用潜力。然而，传统纳米酶在开放氧化情况中易发生催化活性衰减，如Fe?O?纳米酶会因Fe??→Fe??价态转变导致过氧化物酶（POD）样活性快速丧失，同时现有保鲜技术难以兼顾抗菌长效性与水分保持需求，严重制约了纳米酶的工业化落地。

针对上述技术瓶颈与市场需求，研究团队基于TNPS战略，构建了CuO-Fe?O?孪晶结构的CuFe NCs。该结构通过Cu??离子的连续电子供体特性，搭建高效电子转移通道，显著加速Fe??向Fe??的还原转化，从而稳定维持其催化活性。密度泛函理论（DFT）盘算揭示，Fe原子的差池称四配位构型使3d轨道能级更靠近费米能级，促进Cu→O→Fe的高效电子转移，大幅提升催化动力学效率。其中，Cu?Fe? NCs体现出最优催化性能，米氏常数（K?）低至 0.54 mM，最大反映速率（V?）达 19.20×10?? mM?s??，展现出优于其他双金属纳米酶的底物亲和力与催化活性。

图1. CuFe NCs催化活性机制解析

与传统Fe?O?纳米酶3周内完全丧失活性差异，Cu?Fe? NCs在尺度储存条件下可维持酶活性凌驾1年。其焦点机制在于孪晶结构通过加速Fe??向Fe??的转化，抑制Fe?O?的氧化相变，使Fe??/Fe??比例恒久稳定在4.5左右，确保催化活性连续稳定。这一设计乐成突破了纳米酶耐久性的行业瓶颈，为长效抗菌质料的开发提供了全新思路。

图2. CuFe NCs对灰葡萄孢菌的持久抗真菌活性

CuFe NCs通过奇特的作用机制实现高效抗菌：在真菌氧化应激微情况中，无需外源过氧化氢（H?O?），可利用真菌呼吸代谢发生的内源性H?O?，通过芬顿反映生成羟基自由基（?OH），破坏真菌细胞膜完整性；同时，该纳米酶可显著下调麦角甾醇生物合成要害基因（Bcerg1、Bcerg3）的表达水平，导致细胞膜结构紊乱与功效异常。转录组学分析显示，CuFe NCs处置惩罚后，灰霉菌的氧化应激通路、谷胱甘肽生物合成等相关基因表达发生显著改变，进一步证实其通过氧化应激介导的杀菌机制。

图3. CuFe NCs对灰葡萄孢菌生长的抑制活性及其作用机制

为满足实际食品包装应用需求，研究团队将Cu?Fe? NCs与海藻酸钠（SA）、明胶（GL）复合，制备出Cu-Fe/SL多功效复合膜。该复合膜利用SA与GL之间的氢键作用增强机械性能，通过CuFe NCs构建的“曲折扩散路径”降低水蒸气渗透率，实现保湿与抗菌功效的协同优化。草莓保鲜实验结果显示，Cu-Fe/SL膜包裹的草莓在室温条件下可保持新鲜状态凌驾19天，重量损失率显著降低，且感官品质（硬度、色泽、风味）与营养身分（维生素 C、可溶性固形物）获得有效保留。与传统抗菌膜相比，Cu-Fe/SL膜的生产成本降低 80%，每平方米仅需0.87美元，具备极强的工业化应用前景。

图4. Cu-Fe/SL 多功效保鲜膜对草莓灰霉菌侵染的防控效果

该研究通过孪晶结构设计与d轨道能级优化，乐成开发出兼具超长耐久性、高效抗菌活性与生物宁静性的铜铁孪晶纳米酶，为食品保鲜技术提供了全新解决方案。其创新机制不仅突破了纳米酶自耗的焦点瓶颈，还为纳米质料在抗菌、催化等领域的长效化应用提供了新范式。未来研究将进一步优化纳米酶的规模化制备工艺，拓展其在差异易腐食品中的应用场景，同时探索其在癌症治疗、抗菌敷料等领域的潜在价值，推动新型功效质料的跨学科应用与工业化转化。

文章第一作者为浙江海洋大学食品与药学学院讲师刘璐（原澳门金沙娱乐城-金沙娱乐城官网博士结业生），澳门金沙娱乐城-金沙娱乐城官网牛效迪教授、电子科学与工程学院董彪教授为配合通讯作者。