Nanozymen - katalytische nanomaterialen met enzymachtige eigenschappen - bieden het voordeel van lage kosten, hoge stabiliteit, afstembare katalytische activiteit en gemak van massaproductie. Om deze redenen, ze zijn op grote schaal toegepast in biosensing, therapieën en milieubescherming.

Echter, de lage dichtheid van actieve plaatsen in nanozymen is gerelateerd aan een veel lagere katalytische activiteit dan bij natuurlijke enzymen. In aanvulling, hun inhomogene elementaire samenstelling en van facetstructuur afgeleide ingewikkelde katalytische mechanismen beperken de uitgebreide toepassing van conventionele nanozymen ernstig.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Dong Shaojun van het Changchun Institute of Applied Chemistry (CIAC) van de Chinese Academie van Wetenschappen ontdekte een nieuwe klasse nanozymen met één atoom, die state-of-the-art single-atom technologie integreert met intrinsieke enzym-achtige actieve sites.

De onderzoekers synthetiseerden nanozymen met één atoom met koolstof nanoframe-begrensd axiaal N-gecoördineerd FeN ₅ centra (FeN ₅ SA/CNF). Theoretische berekeningen en experimentele studies gaven aan dat de hoogste oxidase-achtige activiteit van FeN ₅ SA/CNF was afgeleid van de enzymachtige actieve plaatsen en katalytische mechanismen.

De atomair verspreide metaalcentra maximaliseerden de efficiëntie van het atomaire gebruik en de dichtheid van de actieve sites. De goed gedefinieerde coördinatiestructuur bood een duidelijk experimenteel model voor mechanismeonderzoek.

De huidige resultaten suggereren dat de nanozymen met één atoom de kritieke nadelen van conventionele nanozymen overwonnen. In aanvulling, het nabootsen van de actieve plaatsen van natuurlijke enzymen lijkt een efficiënte methode te zijn voor de synthese van nanozymen met één atoom met een hoge activiteit en een duidelijk mechanisme.

Verder, de katalytische eigenschap en het mechanisme van nanozymen met één atoom hangen voornamelijk af van de sterische configuratie van actieve centra, in plaats van de grootte, structuur of facet van de steunen. Dus, door de ondersteunde nanomaterialen te veranderen, bepaalde soorten actieve plaatsen kunnen worden uitgebreid tot algemene toepassingen met duidelijke enzymachtige mechanismen.

De studie, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , toont aan dat gedefinieerde nanozymen met één atoom een ​​nieuw perspectief bieden op het katalytische mechanisme en het rationele ontwerp van nanozymen. Ze tonen ook een groot potentieel om de volgende generatie nanozymen te worden.