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研究开发出基于红细胞的单原子纳米酶

2023.12.15

　　12月6日，中国科学院生物物理研究所研究员高利增和北京交通大学教授张金华在《先进科学》杂志发表论文，提出了一种红细胞模板化策略，以其丰富的血红蛋白作为铁源制备铁单原子纳米酶。

　　纳米酶是一类具有类酶催化性能的纳米材料，是新一代人工酶，在生物医学领域有着广泛的应用前景。自2007年首次发现四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒具有类过氧化物酶活性以来，铁基纳米酶在肿瘤催化治疗和抗菌等方面受到广泛关注。然而，由于铁原子的利用率较低，纳米氧化铁的催化效率往往低于天然酶。在引入引入单原子设计后，不可控的铁原子状态不仅影响了纳米酶的类酶活性，也使得精确评估其催化效率变得困难。

　　为了解决这一问题，研究者提出改造红细胞内源铁模拟辣根过氧化物酶（HRP）的催化活性中心，由运输氧功能转化为催化功能。每个红细胞含有约2.6亿个血红蛋白，每个血红蛋白含有4个包含铁原子的环状血红素，这使它们成为单原子铁的理想来源，用以制备模拟HRP活性的纳米酶。

　　为了证明该假设，研究者将细胞固定、盐化和热解碳化等过程相结合，以红细胞作为模板，合成了具有均匀单原子Fe的纳米酶。这种红细胞模板纳米酶（Erythrocyte-templated nanozymes，ETN）表现出类过氧化物酶（POD）活性，催化H2O2产生羟基自由基（·OH），并且可以通过近红外（NIR）光照射进一步增强。此外，制备的ETN呈蜂窝状结构，可作为一种纳米海绵促进血液凝固。这些特性使ETN成为一种多功能材料，促进感染伤口的愈合。

　　以红细胞为模板制备的单原子纳米酶促进感染伤口愈合。

　　中国科学院生物物理研究所研究员高利增和北京交通大学教授张金华为论文通讯作者，中国科学院生物物理研究所博士研究生王晓楠、暨南大学与北京交通大学联合培养博士生刘婷为本文共同第一作者，中国科学院生物物理研究所研究员范克龙为该研究给予了指导和帮助。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202307844

纳米酶

中国科学报

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研究开发出基于红细胞的单原子纳米酶

周锦帆