魏輝課題組在納米模擬酶研究領域取得重要進展

利用生物學或者化學的方法模擬天然酶不僅具有重要的科學意義而且有著巨大的實際應用價值。近幾年來，人們發現某些納米材料同樣存在著類似於天然酶屬性的催化活性，從而引起了人們極大的關注。與傳統的人工模擬酶相比，這類新型的納米模擬酶（nanozymes）除了同樣具有更加穩定的化學性質和催化活性，成本低廉等優勢，更有著自己獨特的性質，例如更易於實現大規模的製備、高的比表面積、催化活性可調、以及具有光電磁學特性等。近幾年來，納米模擬酶在生物醫學等領域的越來越受到人們的關注。

南京大學現代工程與應用科學學院生物醫學系魏輝教授課題組致力於研究納米材料與生物分子之間的相互作用，并力圖利用這些相互作用實現功能化的納米材料在生物醫學以及生物感測中的應用。在先前的工作中，他們通過在碳納米材料上自組裝具有電化學活性的小分子作為內參，並結合碳納米材料對抗壞血酸優良的催化性能，實現了對活動物腦內抗壞血酸的高靈敏、高選擇性測定（Anal. Chem.,2015,87, 8889）。另一方面，他們巧妙利用功能化的DNA分子在溶液中含有K+的狀態下易於形成正平行結構且該結構能夠高效增強卟啉類物質熒光的特點，發展了一種基於DNA技術可用於同時檢測活動物組織內的K+和原卟啉的分析方法（Anal. Chem.,2016,88, 2937）。

最近，該課題組研究人員及其合作者發現利用超分子自組裝技術，他們可以實現同時將天然酶分子葡萄糖氧化酶以及能夠模擬其他天然過氧化物酶的化學催化劑血紅素包裹在金屬有機框架化合物ZIF-8中。這種通過一步法製得的生物納米催化劑被稱之為「集成式納米模擬酶」（integrated nanozymes）。當這種納米模擬酶被加入到含有葡萄糖以及顯色劑的溶液中時，葡萄糖被納米材料中的葡萄糖氧化酶氧化產生過氧化氫。生成的過氧化氫隨即在周圍的血紅素的催化下氧化顯色劑，使得反應試劑變色，實現對葡萄糖的可視化檢測。由於這兩種催化劑被集成在一個有限的納米空間內部，中間產物的擴散得到了極大的抑制，從而大大提高了整體的催化效率。此外，與游離的天然酶相比，這種「集成式納米模擬酶」也表現出了更好的熱穩定性以及循環使用的能力。通過南京大學現代工程與應用科學學院與南京大學鼓樓醫院及美國Emory大學合作，他們利用該「集成式的納米模擬酶」成功實現了活動物腦內葡萄糖濃度的實時、動態觀測。該工作發表在最新一期美國《分析化學》雜誌上（Anal. Chem.,2016,88, 5489-5497）。

圖1. 「集成式納米模擬酶」用於腦化學研究。

該工作發表後得到了廣泛關注，被phys.org以「Integrated nanozymes for brain chemistry」為題進行了報道。

這些研究工作得到了國家青年千人計劃、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、江蘇省雙創計劃、南京大學啟動基金、青年973等的資助。

魏輝教授最近被選為英國皇家化學會會士（Fellow of the Royal Society of Chemistry）。

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