光裂合酶的催化實際上是光催化過程,許多半導體材料可提供類似的催化性質(zhì),如二氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO)等。這些材料在光照下會產(chǎn)生大量活性氧(ROS),以至于在可見光照射下CPD也能完全分解。幸運的是,二氧化鈰納米酶作為一種半導體和抗氧化劑,不僅能夠產(chǎn)生光電子分解CPD,而且可以**ROS的產(chǎn)生。所以該納米酶可以模擬光裂合酶的功能,能夠選擇性切割UV形成的CPD,以及化學修復DNA損傷。此外,我們通過實驗合成的CeO2納米酶為多孔棒狀,表面的缺陷可以增強CPD的吸附和電子的傳遞,**地提升了類酶活性。體內(nèi)外實驗結(jié)果顯示,CeO2納米酶可以抵擋紫外線對細胞或皮膚帶來的傷害。
1.材料和制備與表征
通過水熱法合成的多孔棒狀CeO2納米酶(以下簡稱PN-CeO2)直徑在6 nm左右,長度約60 nm,表面孔的大小在2-4 nm。對紫外光和可見光分別有較強和較弱的吸收。(圖1)
2.光裂合酶活性檢測
與商品化的TiO2和ZnO對比,PN-CeO2不會產(chǎn)生大量的ROS(圖2B)。在CPD中添加PN-CeO2并用可見光照射后,檢測CPD分解成單體的比例。結(jié)果顯示,盡管在可見光照射下,CPD有小部分發(fā)生了自然修復,但PN-CeO2和光照組合后,修復比例遠遠提升(圖2C)。通過添加空穴清除劑EDTA和電子清除劑K2S2O8進一步驗證了在催化過程中PN-CeO2的電子傳遞作用(圖2D)。
3.PN-CeO2的光裂合酶動力學研究
為了進一步研究PN-CeO2的催化能力,作者合成了二氧化鈰納米顆粒(NP-CeO2)、無表面缺陷的二氧化鈰納米棒(NR-CeO2)和在不同溫度下(300℃和500℃)退火的多孔棒狀二氧化鈰納米酶(PN- CeO2-300和PN- CeO2-500)。在這些材料中PN- CeO2有較多的Ce3+及較高的催化效率(表1和圖3)。作者認為,高的催化效率來自于PN- CeO2豐富的表面缺陷對底物CPD的吸附。
4.體外活性檢測
將人永生化角質(zhì)細胞系HaCaT和PN-CeO2共孵育后用紫外光照射,之后再用可見光照射。與未添加PN-CeO2或無可見光照射的組對比,細胞內(nèi)CPD量**(圖4)。
5.體內(nèi)抗紫外檢測
將小鼠裸露的皮膚涂抹水或PN-CeO2后,再用紫外光照射10分鐘,之后再用白光照射30分鐘。取小鼠皮膚檢驗CPD的生成量及皮膚損傷情況。結(jié)果顯示,可見光照射后,PN-CeO2可幫助皮膚抵抗紫外線的損傷(圖5)。
紅色長余輝發(fā)光材料納米硫氧化釔Y2O2SEu3,Mg2
納米氧化鈰/氧化鋅/氧化鎂(CeO2/ZnO/MgO)復合光催化劑
介孔空心氧化鈰稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料(Ce-UCNPs)
鉑-氧化鈰/石墨烯復合納米材料(PtNi3/CeO2/RGO)
三氯化鈰-碘化鈉/環(huán)糊精催化劑CeCl-3·7H-2O-NaI/γ-CD)
多壁碳納米管/氧化鈰(MCNTs/CeO2)納米粒子復合材料
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