具有SOD和CAT兩種催化活性位點的級聯納米酶Pt@PCN222-Mn介紹

本文通過將具有類SOD活性的錳卟啉結構和類CAT活性的鉑納米粒子(Pt NPs)引入由鋯氧簇和卟啉通過自組裝而形成的金屬有機框架化合物PCN222中，成功合成了一種能夠清除ROS的集成化級聯納米酶（Pt@PCN222-Mn）（圖1）。該級聯納米酶具有兩種相互分離的催化活性位點，它們可以分別模擬SOD和類CAT的催化活性。

圖1 （A）Pt@PCN222-Mn的合成路線。（B）PCN222-Mn的透射電子顯微鏡圖。（C）PCN222-Mn的掃描電子顯微鏡圖。（D）PCN222-Mn、Pt@PCN222-Mn-1、Pt@PCN222-Mn-3和Pt@PCN222-Mn-5的粉末X射線衍射圖。（E）Pt@PCN222-Mn-1的透射電子顯微鏡圖。（F）Pt@PCN222-Mn-3的透射電子顯微鏡圖。（G）Pt@PCN222-Mn-5的透射電子顯微鏡圖。（H）Pt@PCN222-Mn-5的高分辨透射電子顯微鏡圖。（I）Pt@PCN222-Mn-5的掃描電子顯微鏡圖。（J）PCN222-Mn、Pt@PCN222-Mn-1、Pt@PCN222-Mn-3和Pt@PCN222-Mn-5的紫外可見吸收光譜圖。

通過對類SOD、類CAT的活性測試（圖2），證明了級聯納米酶Pt@PCN222-Mn不僅具有良好的ROS清除能力，而且可以通過改變納米顆粒Pt的含量對其活性進行調控（Pt@PCN222-Mn-1、Pt@PCN222-Mn-3和Pt@PCN222-Mn-5為通過改變Pt NPs的用量合成的三種不同含量Pt NPs的MOF級聯納米酶）。

圖2 （A）黃嘌呤、黃嘌呤氧化酶和NBT在加入不同的納米酶（20 μg/mL）后，產生的吸光度A-A0（550 nm）隨時間變化的動力學曲線。（B）超氧自由基的清除能力與納米酶濃度之間的關系。（C）在50 mM的雙氧水中加入不同納米酶（4 μg/mL）后，產生的溶解氧含量隨時間變化的動力學曲線。（D）不同雙氧水濃度在前60 s的溶解氧產生速率同納米酶的相關性。數據是平均值 ± 標準偏差（n = 3）。

隨后，通過對級聯納米酶的SOD和CAT類酶活性進行動力學分析發現，級聯納米酶的協同作用對其CAT的活性提升更為**（圖3）。這種性能的提升可能是由于MOF結構的限域效應阻止了Pt NPs的聚集，并提升了局部催化位點和底物的濃度。此外，動力學分析表明雙氧水的積累可以占據TCPP-Mn上中心金屬的配位位點。通過在PCN222-Mn中引入Pt可以對雙氧水進行清除，不僅能夠提高材料整體的類CAT催化活性還能確保其類SOD活性不受影響。

圖3 （B）過氧化氫在分別加入Pt、PCN222-Mn、Pt+PCN222-Mn和Pt@PCN222-Mn-5后前60 s的溶解氧產生速率。數據是平均值 ± 標準偏差（n = 3）。***P < 0.005, ****P < 0.001, ns = not significant, t-test.

通過對體內實驗中級聯納米酶的協同作用的研究，表明Pt@PCN222-Mn-5的確具有協同催化清除ROS的能力，

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