Schematisk illustration av atomiskt spridda Fe -platser som efterliknar det aktiva centrumet för Cytocrome P450, atomstruktur karakterisering, liksom den experimentella och teoretiska undersökningen av oxidasliknande aktivitet av nanozymer med en atom Kredit:DONG Shaojun
Nanozymer-katalytiska nanomaterial med enzymliknande egenskaper-erbjuder fördelen med låg kostnad, hög stabilitet, avstämbar katalytisk aktivitet och enkel massproduktion. Av dessa anledningar, de har använts i stor utsträckning inom biosensing, terapi och miljöskydd.
Dock, den låga densiteten av aktiva platser i nanozymer är relaterad till mycket lägre katalytisk aktivitet än med naturliga enzymer. Dessutom, deras inhomogena grundkomposition och fasettstruktur härledda invecklade katalytiska mekanismer begränsar allvarligt den omfattande tillämpningen av konventionella nanozymer.
Ett forskargrupp som leds av prof. Dong Shaojun från Changchun Institute of Applied Chemistry (CIAC) från Chinese Academy of Sciences upptäckte en ny klass av nanozymer med en atom, som integrerar toppmodern enkelatomteknologi med inneboende enzymliknande aktiva platser.
Forskarna syntetiserade enkelatom-nanozymer med kolnanofram-begränsad axiell N-koordinerad FeN 5 centra (FeN 5 SA/CNF). Teoretiska beräkningar och experimentella studier indikerade att den högsta oxidasliknande aktiviteten hos FeN 5 SA/CNF härleddes från de enzymliknande aktiva ställena och katalytiska mekanismer.
De atomdispergerade metallcentren maximerade atomutnyttjandeeffektiviteten och densiteten hos de aktiva platserna. Den väldefinierade koordineringsstrukturen gav en tydlig experimentell modell för mekanismundersökning.
De nuvarande resultaten tyder på att nanozymerna med en atom övervann de kritiska nackdelarna med konventionella nanozymer. Dessutom, efterlikning av de aktiva platserna för naturliga enzymer verkar vara en effektiv metod för syntes av enkelatomiga nanozymer med hög aktivitet och tydlig mekanism.
Vidare, den katalytiska egenskapen och mekanismen för enkelatom-nanozymer beror huvudsakligen på den steriska konfigurationen av aktiva centra, snarare än storleken, bärarens struktur eller fasett. Således, genom att ändra de nanomaterial som stöds, vissa typer av aktiva platser kan utvidgas till allmänna tillämpningar med bestämda enzymliknande mekanismer.
Studien, publicerad i Vetenskapliga framsteg , visar att definierade nanozymer med en atom ger ett nytt perspektiv på den katalytiska mekanismen och rationella utformningen av nanozymer. De visar också stor potential för att bli nästa generations nanozymer.
