在納米酶出現(xiàn)之前，納米材料一般被當(dāng)作一種生物惰性物質(zhì)，但隨著納米研究的快速發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一些納米材料具有模擬生物酶催化活性的能力，這種材料稱之為納米酶。

與天然酶或模擬酶相比，納米酶不僅具備催化功能，它還是一種性能獨(dú)特的多功能納米材料，比表面積大且更易化學(xué)修飾，具備催化效率高、穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化地制備等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)生物、化工、食品等領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣泛。

然而，如何保證納米酶在生理pH值下的活性是目前一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。雖然光敏氧化（不飽和雙鍵與單線態(tài)氧直接發(fā)生的氧化反應(yīng)）由于綠色、高效而備受關(guān)注，但以單線態(tài)氧（1O2）為主要氧化物種的催化體系依然面臨相同的問題，主要是因?yàn)?O2壽命短（小于4μs），遷移距離受限，導(dǎo)致中性條件下TMB等底物難以被氧化。

近期，四川大學(xué)吳鵬教授團(tuán)隊(duì)和滑鐵盧大學(xué)劉玨文教授團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)Mn(II)作為光氧化的催化媒介，可以克服納米酶的pH限制，為利用納米酶體系研究生物分子在生理?xiàng)l件下的性質(zhì)提供新思路。

在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Mn(II)可以提高碳點(diǎn)(CDs)納米酶在中性pH下的光敏氧化作用。

該工作以碳點(diǎn)為對(duì)象，引入Mn(II)作為氧化中間體以增強(qiáng)其中性pH下的光催化性能。與其它常見金屬離子相比，Mn(II)增強(qiáng)C-dots光催化能力具有好的特異性。與其它納米酶相比，CDs/Mn2+在酸性和中性條件下均可保持很高的活性。該氧化中間體同樣適用于中性條件增強(qiáng)氧化其它底物，如ABTS，dopamine和Amplex red等。

研究人員利用FluorLog-3熒光光譜儀對(duì)單線態(tài)氧的近紅外磷光發(fā)射進(jìn)行表征后發(fā)現(xiàn)：光照時(shí)，CDs產(chǎn)生的1O2可被Mn2+有效猝滅，且配體（EDTA）的加入也能夠進(jìn)一步猝滅1O2，同時(shí)，Mn2+對(duì)CDs熒光的影響并不大。

進(jìn)一步的光譜表征證明：在該過程中，Mn2+被氧化為具有強(qiáng)氧化活性的Mn3+，且配體（EDTA）可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定Mn3+。Mn3+能夠在中性pH下氧化納米酶的底物TMB，因而成功將碳點(diǎn)納米酶工作的pH范圍拓展至中性。

四川大學(xué)吳鵬教授團(tuán)隊(duì)和滑鐵盧大學(xué)劉玨文教授團(tuán)隊(duì)合作的這項(xiàng)研究，其研究結(jié)果表明了：在中性pH條件下能夠開發(fā)更多的納米酶，并將之用于生物分析和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

文章作者：Zhang, J.Y., Wu, P., Liu, J.W. et al.

題目&雜志：Manganese as a Catalytic Mediator for?Photo-oxidation and Breaking the pH Limitation of Nanozymes.?Nano Letters, 2019, 19, 3214-3220.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b00725

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