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纳米酶的表面修饰

众多无机纳米材料,如氧化铁和金球等,长期被认为在接近生理条件下是化学惰性的。然而,近年来人们逐渐发现多种无机纳米材料具有类似于天然酶的活性,能够催化一系列生理条件下的化学反应。天然酶活性高、选择性好,具有很好的应用价值,但其稳定性较差,制备成本较高,因而在实际应用中受到限制。相比之下,无机纳米酶制备简单、稳定性较高,成本也相对较低。如果纳米酶能具有类似于天然酶的活性和选择性,其实际应用将得到极大的拓展。纳米酶催化的反应大多发生在材料表面,近年来全球多个课题组都对表面修饰的纳米酶进行了详细的研究,使其能更好地模拟天然酶。


近日,加拿大滑铁卢大学化学系刘珏文教授(点击查看介绍)课题组发表了题为“Surface Modification of Nanozymes”的综述文章。该综述详细总结了近年来利用物理吸附、化学键合等方法对纳米酶进行表面修饰的相关研究。表面修饰的主要目的是调节纳米酶的反应活性以及底物选择性,使其能够媲美天然酶。文中作者重点总结了三种典型纳米酶的表面修饰,包括金属氧化物(Fe3O4和CeO2)、贵金属(金纳米颗粒或纳米簇)和碳材料(氧化石墨烯)。针对每一种材料,作者详细讨论了不同分子,包括无机离子、生物小分子、大分子等对其活性的影响,相关机理的探讨以及潜在的应用价值。


相比天然酶,纳米酶表面修饰更加容易,多种离子、小分子会促进或抑制其反应活性。某些重金属离子(如Hg2+)可以通过与柠檬酸包裹的金纳米颗粒相结合,在其表面形成多价态的Hg(Hg0Hg2+),从而促进金纳米颗粒的辣根过氧化物酶的性能。然而,Hg2+却又能够抑制被牛血清白蛋白(BSA)包裹的金纳米簇的辣根过氧化物酶活性。相比之下,无机的阴离子(如F-)更容易同金属氧化物(如CeO2)相结合,显著地激活其氧化酶的活性。与天然酶相比,纳米酶更容易与一些功能性的生物大分子,如核酸适配体等相结合,从而拓宽其在生物检测等领域的应用。

随着研究的不断进展,一些限制纳米酶进一步应用的问题亟待解决。例如在活性位点最大化和材料稳定性两者间进行取舍,更有效地提高纳米酶的底物选择性,拓展新型的催化反应等等。文章在展望中提出了纳米酶的一些可能的应用途径,以及该领域未来的发展方向。该综述近期发表在纳米权威期刊Nano Research 上,文章的第一作者是滑铁卢大学的博士后刘必武


该论文作者为:Biwu Liu and Juewen Liu

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Surface modification of nanozymes

Nano Res., 2017, 10, 1125–1148, DOI: 10.1007/s12274-017-1426-5


刘珏文博士简介


刘珏文博士,加拿大滑铁卢大学化学系副教授,博士生导师;2000年毕业于中国科技大学化学系,获得本科学位,2005年获美国伊利诺伊大学(UIUC)博士学位,在美国新墨西哥大学和Sandia国家实验室从事博士后研究工作;2009年起受聘于滑铁卢大学,2014年获加拿大化学会Fred Beamish奖;近年来接收和发表期刊研究论文和书籍章节共计180余篇,引用数超过13000次;担任Analytical Methods副主编,现主要从事核酸适配体、纳米材料和软物质的分析化学、物理化学以及表面性质的研究。


刘珏文

http://www.x-mol.com/university/faculty/6857

课题组主页

http://www.science.uwaterloo.ca/~liujw/


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