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Angew. Chem. :碳量子点类过氧化物酶/过氧化氢酶活性可逆切换的光调控机制研究2024-07-04
相比于天然酶,纳米酶具有稳定性高、成本低、活性多样等优点,在生物医学领域具有广阔的应用前景。与单酶活性相比,纳米酶具有多酶活性可望发挥不同酶活性之间的协同作用,调控生物体内的代谢平衡,对于维持机体的健康至关重要,因此其多酶活性的纳米酶研究逐渐成为热点。

然而,精确设计并操纵其多酶活性十分困难。纳米酶往往同时拥有截然相反的类酶活性,如CeO2纳米酶同时具有氧化酶和还原酶活性,导致产生的活性氧(ROS)被自身所消耗,从而显著降低其治疗效果。此外,具有多种酶活性的纳米酶往往缺乏一个可控的开关来实现不同酶活性之间的切换,因此无法动态调节其催化活性,以适应不同生理阶段的酶活性需求,难以真正发挥其协同作用。 因此,开发具有多酶活性可切换的纳米酶对调控生物体的代谢平衡,从而实现精准治疗至关重要。

近日,南京医科大学的方一民教授以聚苯胺为前体构建了一种新型的具有过氧化物酶(产生ROS)活性的氧氮功能化碳量子点(O/N-CQDs),并发现该纳米酶的类过氧化物酶活性在光照射条件下可切换为过氧化氢酶(清除ROS)活性。

 

 

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作者发现O/N-CQDs的过氧化物酶/过氧化氢酶活性可以通过光刺激进行可逆切换,并通过控制光照强度实现两种酶活性的精确调控。通过紫外可见吸收光谱、核磁等表征,作者推断该碳量子点保留了聚苯胺前体氧化单元的氮醌结构。进一步的研究也表明该氮醌结构在光切换多酶活性中发挥了重要的作用。同时,作者对光切换多酶活性的可能的作用机制进行了解释,并利用DFT 理论模拟进一步验证了该反应机理。

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综上所述,O/N-CQDs的过氧化物酶/过氧化氢酶活性可以通过无损伤的光刺激实现ROS产生至ROS清除的精确调控,且其产生或者降低ROS水平的效率也显著优于单活性的纳米酶,可望实现生物体内ROS水平的大范围、精准调控。该方法为纳米酶多酶活性的智能调控提供了新策略,在精准医学中具有广阔的潜在应用价值。

文信息

Photo-Switchable Peroxidase/Catalase-Like Activity of Carbon Quantum Dots

Wei Yang, Tianchi Leng, Weicheng Miao, Xiao Cao, Haoran Chen, Feifei Xu, Prof. Yimin Fang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202403581

 

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