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納米酶是一類蘊(yùn)含酶學(xué)特性的納米材料，能夠在生理或極端條件下催化酶的底物，具有類似于天然酶的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并且可以作為酶的替代品用于人類健康。自從2007年首次報(bào)道以來，全球已經(jīng)有55個(gè)國(guó)家的420個(gè)研究單位陸續(xù)報(bào)道了近1200種不同納米材料的納米酶活性，其催化類型涵蓋了氧化還原酶、水解酶、裂合酶和異構(gòu)酶等。納米酶是多學(xué)科交叉融合的典范，2022年被IUPAC評(píng)為十大化學(xué)新興技術(shù)。經(jīng)過十幾年發(fā)展，在從事化學(xué)、酶學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)、理論計(jì)算等多領(lǐng)域科學(xué)家共同推進(jìn)下，如今納米酶已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)。
碳點(diǎn)(C-dots)作為一類光致發(fā)光納米材料，因其獨(dú)特的性質(zhì)，在過去10年受到了極大研究關(guān)注。碳點(diǎn)具有粒徑小、易制備、成本低等優(yōu)點(diǎn)，其表面豐富的含氧官能團(tuán)，如羰基、羧基、羥基等，使碳點(diǎn)具有良好的水溶性和易于功能化的特點(diǎn)。因此，碳點(diǎn)在傳感、生物成像、發(fā)光二極管、疾病治療等方面顯示出巨大應(yīng)用潛力。此外，碳點(diǎn)由于其小尺寸效應(yīng)和豐富的活性位點(diǎn)而表現(xiàn)出催化活性，但以往所報(bào)道的碳點(diǎn)納米酶主要集中于其過氧化物酶活性，關(guān)于設(shè)計(jì)具有高抗氧化活性的碳點(diǎn)納米酶的報(bào)道較為罕見。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有超高類SOD活性的碳點(diǎn)納米酶（活性>10000 U/mg），并利用表面結(jié)構(gòu)定向調(diào)控策略和理論計(jì)算揭示了其催化機(jī)制。研究結(jié)果表明碳點(diǎn)SOD納米酶的羥基和羧基能夠通過氫鍵與超氧陰離子結(jié)合，與π-體系共軛的羰基則奪取超氧陰離子的一個(gè)電子，產(chǎn)生氧氣和還原態(tài)碳點(diǎn)。還原態(tài)碳點(diǎn)被另一個(gè)超氧陰離子氧化回初始狀態(tài)并產(chǎn)生過氧化氫。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示碳點(diǎn)納米酶可選擇性靶向氧化損傷的細(xì)胞，并定位到線粒體，這對(duì)從源頭上清除胞內(nèi)ROS非常有利。結(jié)合其高催化活性，成功地將碳點(diǎn)SOD納米酶應(yīng)用于抵御體內(nèi)缺血性中風(fēng)引起的氧化應(yīng)激，并取得良好的治療效果。此外，碳點(diǎn)SOD納米酶具有穩(wěn)定性高、制備容易、成本低廉、易于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，克服了天然酶的局限性，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
標(biāo)簽： 西安交大 生物醫(yī)學(xué)
