近日，我室刘惠玉教授与中科院生物物理研究所阎锡蕴院士等合作首次开发了一种具有单原子分散活性中心的纳米酶（简称为“单原子纳米酶”）用于抗菌及促伤口愈合应用。相关成果发表在《Angewandte Chemie International Edition》。
近年来，单原子催化剂（SACs）由于其高的原子利用率、优异的选择性和催化活性，在多相催化领域引起了人们的广泛关注，然而SACs在纳米酶领域却鲜有报道。SACs具有原子分散的金属活性中心，为研究者可控制备具有单一催化活性位点的纳米酶并揭示其酶学催化机理提供了突破口。
该工作首次发现一种金属有机框架材料ZIF-8衍生的Zn−N−C SACs可作为一种理想的单原子纳米酶（PMCS），这种新型的单原子纳米酶具备如下特点：
1）具有单一、分散均匀的金属锌活性位点，表现出和天然酶类似的M−Nx活性中心，有利于揭示纳米酶的结构-活性关系及催化机理；
2）拥有优异的类过氧化物酶活性和体内外抗菌活性，能够显著促进伤口的愈合；
3）具有的Zn−N4不饱和位点是高效发挥类酶活性的关键因素，可有效促进过氧化氢的分解和羟基自由基的生成。
本文利用广泛研究的ZIF-8为前驱体，通过介孔硅保护策略，构建了具有单原子锌分散的单原子纳米酶。通过Raman、XPS等手段，研究其ZIF-8在高温碳化过程中的结构演化行为。并结合密度泛函数理论计算，揭示了所构建的单原子纳米酶的不饱和活性结构及可能的催化机理。相信该工作能够有助于理解纳米酶的催化机理，并促进SACs在生物催化领域的发展。
A) 单原子纳米酶抗菌示意图；B) 材料表征、DFT计算及生物应用表征（DOI：10.1002/anie.201813994）
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，抗菌，癌症诊治等健康工程应用，研究成果相继刊发在Angew. Chem. Int. Ed.（2019），Adv. Sci.（2019），Adv. Mater.（2018）, ACS Nano（2018），Small（2018）等期刊上。