中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室曲晓刚

tianjie

NANO LETTER: 揭示含氧碳纳米管的酶活性及其在细菌感染治疗中的应用

天然酶具有很高的底物选择性和生物催化性能，在温和条件下具有极高的生物反应催化效率。然而，天然酶的低稳定性，高敏感性以及难回收的特点，阻碍了其在各个领域的实际应用。为了克服这些困难，使用纳米材料模拟天然酶的活性已经成为当前的一个研究热点。作为非金属纳米酶的重要组成部分之一，碳纳米管及其衍生物己经得到了研究人员的广泛关注。然而，基于碳纳米管的纳米酶的生物催化性能较低，并且在中性环境下几乎没有催化活性，这很大程度上限制了其在生物医学中的应用。

近日，中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚团队利用绿色环保的方法，合成了氧化碳纳米管（o-CNTs），用于模拟天然的过氧化物酶。同时，通过结合理论计算和实验，证明了氧化碳纳米管的酶活性来源于其表面丰富的含氧官能团。其中，氧化碳纳米管表面的羰基是催化过程的活性位点，而羧基和羟基是竞争抑制位点。相比于羟基，羧基对底物具有更强的结合能力，因此对催化反应的抑制程度更强。这种通过和催化位点竞争结合底物而降低催化性能的机制被定义为“竞争抑制作用”。该团队进一步通过化学方法减少表面羧基的数量，进而提高o-CNTs的催化活性。由于o-CNTs在生理条件下能模拟过氧化物酶，催化双氧水产生羟基自由基，该团队结合氧化碳纳米管和极微量的双氧水，用于伤口细菌感染的治疗，避免了由于使用过量双氧水清除细菌而产生的一系列副作用。