(資料圖片)
納米酶是一類蘊含酶學特性的納米材料，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動力學，并且可以作為酶的替代品用于人類健康。自從2007年首次報道以來，全球已經(jīng)有55個國家的420個研究單位陸續(xù)報道了近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、裂合酶和異構酶等。納米酶是多學科交叉融合的典范，2022年被IUPAC評為十大化學新興技術。經(jīng)過十幾年發(fā)展，在從事化學、酶學、材料、生物、醫(yī)學、理論計算等多領域科學家共同推進下，如今納米酶已經(jīng)成為新的研究熱點。
碳點(C-dots)作為一類光致發(fā)光納米材料，因其獨特的性質(zhì)，在過去10年受到了極大研究關注。碳點具有粒徑小、易制備、成本低等優(yōu)點，其表面豐富的含氧官能團，如羰基、羧基、羥基等，使碳點具有良好的水溶性和易于功能化的特點。因此，碳點在傳感、生物成像、發(fā)光二極管、疾病治療等方面顯示出巨大應用潛力。此外，碳點由于其小尺寸效應和豐富的活性位點而表現(xiàn)出催化活性，但以往所報道的碳點納米酶主要集中于其過氧化物酶活性，關于設計具有高抗氧化活性的碳點納米酶的報道較為罕見。研究團隊設計了具有超高類SOD活性的碳點納米酶（活性>10000 U/mg），并利用表面結(jié)構定向調(diào)控策略和理論計算揭示了其催化機制。研究結(jié)果表明碳點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電子，產(chǎn)生氧氣和還原態(tài)碳點。還原態(tài)碳點被另一個超氧陰離子氧化回初始狀態(tài)并產(chǎn)生過氧化氫。體外實驗結(jié)果顯示碳點納米酶可選擇性靶向氧化損傷的細胞，并定位到線粒體，這對從源頭上清除胞內(nèi)ROS非常有利。結(jié)合其高催化活性，成功地將碳點SOD納米酶應用于抵御體內(nèi)缺血性中風引起的氧化應激，并取得良好的治療效果。此外，碳點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，克服了天然酶的局限性，在工業(yè)、醫(yī)學、生物等領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。
