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含氧碳纳米管的酶活性其在细菌感染治疗中的应用

含氧碳纳米管的酶活性其在细菌感染治疗中的应用

本文摘要:【章节】天然酶具备很高的底物选择性和生物催化剂性能,在保守条件下具备极高的生物反应催化效率。然而,天然酶的较低稳定性,低敏感性以及无以重复使用的特点,妨碍了其在各个领域的实际应用于。 为了解决这些艰难,用于纳米材料仿真天然酶的活性早已沦为当前的一个研究热点。作为非金属纳米酶的最重要组成部分之一,碳纳米管及其衍生物己经获得了研究人员的普遍注目。然而,基于碳纳米管的纳米酶的生物催化剂性能较低,并且在中性环境下完全没催化活性,这相当大程度上容许了其在生物医学中的应用于。

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【章节】天然酶具备很高的底物选择性和生物催化剂性能,在保守条件下具备极高的生物反应催化效率。然而,天然酶的较低稳定性,低敏感性以及无以重复使用的特点,妨碍了其在各个领域的实际应用于。

为了解决这些艰难,用于纳米材料仿真天然酶的活性早已沦为当前的一个研究热点。作为非金属纳米酶的最重要组成部分之一,碳纳米管及其衍生物己经获得了研究人员的普遍注目。然而,基于碳纳米管的纳米酶的生物催化剂性能较低,并且在中性环境下完全没催化活性,这相当大程度上容许了其在生物医学中的应用于。

【成果概述】近日,中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚团队利用绿色环保的方法,制备了水解碳纳米管(o-CNTs),用作仿真天然的过氧化物酶。同时,通过融合理论计算出来和实验,证明了水解碳纳米管的酶活性源于其表面非常丰富的含氧官能团。其中,水解碳纳米管表面的羰基是催化剂过程的活性位点,而羧基和羟基是竞争诱导位点。比起于羟基,羧基对底物具备更加强劲的融合能力,因此对催化反应的诱导程度更加强劲。

这种通过和催化剂位点竞争融合底物而减少催化剂性能的机制被定义为“竞争抑制作用”。该团队更进一步通过化学方法增加表面羧基的数量,进而提升o-CNTs的催化活性。由于o-CNTs在生理条件下能仿真过氧化物酶,催化剂双氧水产生羟基自由基,该团队融合水解碳纳米管和近于微量的双氧水,用作伤口细菌感染的化疗,防止了由于用于过量双氧水清理细菌而产生的一系列副作用。

【图文简介】图1o-CNTs仿真天然过氧化物酶的催化机理图2o-CNTs及其衍生物的密切相关(a)PH,BA,andBrPE的分子结构式(b)p-CNTs,o-CNTs,o-CNTs-PH,o-CNTs-BA,o-CNTs-BrPE的TEM图像(c)p-CNTs,o-CNTs,o-CNTs-PH,o-CNTs-BA,o-CNTs-BrPE的O1sXPS光谱图3o-CNTs的酶活性(a)o-CNTs,p-CNTs的过氧化物酶活性(b)有所不同浓度的o-CNTs的过氧化物酶活性(c)有所不同温度/pH对o-CNTs酶活性的影响(d)o-CNTs及其衍生物的酶活性的较为(e)o-CNTs及其衍生物的酶催化反应活化能示意图图4o-CNTs及其衍生物的抗菌效果图5活体实验(a)基于o-CNTs纳米酶化疗伤口感染的示意图(b)有所不同时间点的化疗效果图(c)伤口面积随时间的变化图(d)有所不同化疗方案对伤口的组织处细菌生长的影响(填充物平板法)(e)有所不同化疗方案对伤口的组织处细菌数量的影响(数量统计资料)图6伤口处病理学分析(a)伤口伤口过程的组织学分析(b)皮肤的组织伤口过程的免疫系统的组织化学分析(c)胶原蛋白构成的定量评价(d)血管构成的定量评价【小结】用于绿色环保的制备方法,制备了具备高效过氧化物酶活性的o-CNTs,并且融合理论计算出来和实验,说明了酶活性的机制。同时,将纳米酶用作伤口细菌感染的化疗上,防止了由于用于过量双氧水清理细菌而产生的一系列副作用。


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