Çinli akademisyen Dong Shaojun, yeni keşfedilen tek atomlu nanozimlerin kullanımı nedir?
Nanoenzimler, enzim benzeri özelliklere sahip katalitik nanomalzemelerdir ve düşük maliyet, yüksek stabilite, ayarlanabilir katalitik aktivite ve kolay seri üretim avantajlarına sahiptir. Bu nedenlerle biyoalgılama, arıtma ve çevre korumada yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bununla birlikte, doğal enzimlerle karşılaştırıldığında, nanozim aktif bölgelerin düşük yoğunluğu, düşük katalitik aktivite ile ilgilidir.
Ek olarak, heterojen element bileşimleri ve faset yapısından türetilen karmaşık katalitik mekanizmaları, geleneksel nanoenzimlerin geniş uygulamasını ciddi şekilde sınırlar. Changchun Uygulamalı Kimya Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi Akademisyen Dong Shaojun Önde gelen araştırma ekibi, yeni bir tek atomlu nanozim sınıfı keşfetti.
En gelişmiş tek atom teknolojisini doğal enzim benzeri aktif bölgelerle birleştirir. Araştırmacılar, karbon nanobamlarla sınırlandırılmış eksenel n koordineli FeN5 merkezlerini (FeN5 SA / CNF) kullanarak tek atomlu nanozimleri sentezlediler. Teorik hesaplamalar ve deneysel çalışmalar Fen5 SA / CNF'nin en yüksek oksidatif aktivitesinin enzim benzeri aktif bölgeler ve katalitik mekanizma tarafından belirlendiğini göstermektedir. Atom-dağılmış metal merkez, atomların kullanım verimliliğini ve aktif bölgelerin yoğunluğunu en üst düzeye çıkarır.
İyi bir koordinasyon yapısı, mekanizma araştırması için net bir deneysel model sağlar. Güncel araştırma sonuçları, tek atomlu nanozimlerin geleneksel nanozimlerin temel kusurlarının üstesinden geldiğini göstermektedir. Ek olarak, doğal enzimlerin aktif bölgesini simüle etmek, yüksek aktivite ve net bir mekanizma ile tek atomlu nanozimlerin sentezlenmesi için etkili bir yöntem gibi görünmektedir.
- Simüle edilmiş hücre kromu P450'nin aktif merkezindeki atomla dağılmış Fe bölgelerinin şematik diyagramı, atomik yapı karakterizasyonu ve tek atomlu nanoenzimlerin aktivitesi üzerine deneysel ve teorik çalışmalar. Resim: DONG Shaojun
Ek olarak, tek atomlu nanozimlerin katalitik performansı ve mekanizması esas olarak taşıyıcının boyutu, yapısı veya yüzeyinden ziyade aktif merkezin uzamsal konfigürasyonuna bağlıdır. Bu nedenle, desteklenen nanomateryaller değiştirilerek, belirli türdeki aktif bölgeler açık enzim benzeri mekanizmalarla genel uygulamalara genişletilebilir. "Science Progress" te yayınlanan bu araştırma, tek atomlu nanozimlerin tanımının, nanozimlerin katalitik mekanizması ve rasyonel tasarımı için yeni bir bakış açısı sağladığını ve ayrıca yeni nesil nanozimler olma potansiyelinin büyük olduğunu gösteriyor. Geleneksel nanoenzim teknolojisi, karmaşık boyut, bileşim, yüzeye bağlı kataliz ve doğal olarak düşük aktif bölge yoğunluğu gibi büyük zorluklarla karşı karşıyadır.
Yeni bir tek atomlu nanoenzim sınıfı keşfedildi.Nanomateryallere dağılmış enzim benzeri aktif bölgelere sahiptir, bu da katalitik performansı önemli ölçüde geliştirir ve etki mekanizmasını ortaya çıkarır. Oksidaz katalizini bir model reaksiyon olarak kullanarak, deneysel çalışmalar ve teorik hesaplamalar, tek atomlu nanozimlerin ve karbon nanofiber sınırlı FeN5 aktif merkezlerin (FeN5 SA / CNF) katalitik davranışının sitokrom P450'nin eksenel ligand koordinasyon heme ile benzer olduğunu göstermektedir. . Fen 5 SA / CNF, açık bir aktif gruba ve anahtar sinerjiye sahiptir, böylece açık bir elektron itme mekanizmasına sahiptir ve diğer nanoenzimler arasında en yüksek oksidasyon benzeri aktiviteye sahiptir (hız sabiti ticari Pt / C'nin 70 katıdır. ) Ve çok çeşitli antibakteriyel uygulamalar.
