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我校刘惠玉教授团队与中科院生物物理所合作在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表研究论文

近日,我校软物质科学与工程高精尖创新中心、有机无机复合材料国家重点实验室刘惠玉教授与中科院生物物理所阎锡蕴院士课题组合作在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表题为“A Single-Atom Nanozyme for Wound Disinfection Applications”的研究论文,该项工作首次将金属有机框架材料ZIF-8衍生而来的单原子锌催化剂用于纳米酶生物催化领域,在体内外应用中均表现出优异的抗菌效果。

(A) 单原子纳米酶抗菌示意图;(B) 材料理化性质表征、DFT计算及体内应用。

纳米酶是一类能够模拟天然酶催化能力的功能纳米材料,自从2007年Fe3O4纳米材料具有类过氧化物酶活性(Nature Nanotechnology,2007, 2, 577)被报道以来,纳米酶领域的研究迅速崛起。然而,长期以来,一系列新型纳米酶的发现过程都是建立在现有的研究经验和不断试错的基础上,如何模拟天然酶的活性中心结构、理性设计高活性的纳米酶以研究其构效关系是目前纳米酶领域的研究难点。对天然过氧化物酶而言,其活性中心为铁卟啉结构。有研究表明,锌取代的过氧化物酶在一定程度上可表现出更优的催化活性,同时,自然界中锌金属酶同样可直接参与天然的生物催化过程。有鉴于此,该团队通过仿生模拟,发展了一种单原子纳米酶用于伤口消毒应用(见图A)。首先,利用广泛研究的金属有机框架(MOF)材料ZIF-8为前驱体,通过介孔硅裂解保护策略,设计合成了一种Zn−N−C单原子催化剂(SAC);通过酶学实验表征证实其可作为一种高效的单原子过氧化物酶模拟物;通过拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)分析及密度泛函数理论(DFT)计算揭示了其结构与活性的关系。在体外抗菌实验中,该单原子纳米酶实现了高达99.85%的抑菌率,同时,能够在低浓度H2O2情况下有效促进小鼠伤口的愈合(见图B)。相信该项工作能够促进单原子催化剂在生物催化领域的应用,并为纳米酶的设计提供指导意义。

本文第一作者为我校生命学院硕士研究生徐柏龙。本文通讯作者生命学院刘惠玉教授,其课题组长期致力于纳米生物材料制备基础与结构调控,癌症诊治等健康工程应用,近期研究成果相继刊发在Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 4911; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201902476; Adv. Mater., 2018, 30, 1800180; Adv. Sci., 2019, 6, 1801507; ACS Nano, 2018, 12,9022; Small, 2018, 14, 1801812等期刊上。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813994

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