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　　張曉東團隊研究發(fā)現(xiàn)，單原子納米酶RhN?和VN?具有超高生物催化活性，其催化反應(yīng)親和力超越天然酶5~20倍，并發(fā)現(xiàn)其具有新型催化活性中心和雙側(cè)反應(yīng)路徑。此外，該納米酶克服了天然酶不穩(wěn)定、易失活的缺點，其生物催化穩(wěn)定性能可持續(xù)數(shù)月以上。

　　天然酶已經(jīng)廣泛使用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，構(gòu)建超越天然酶活性的人工酶一直是人們面臨的巨大科學(xué)挑戰(zhàn)。此外，天然酶具有較差的催化穩(wěn)定性、較低的可回收和可重復(fù)使用度等熱點，往往難以被高效的使用。人工酶工程主要是利用人工的方式在原子和分子水平構(gòu)建生物催化活性穩(wěn)定，達(dá)到模擬天然酶的目的。單原子納米酶因為高的生物催化活性和原子水平的精準(zhǔn)構(gòu)筑受到廣泛關(guān)注。

　　該研究團隊通過密度泛函理論預(yù)測和原子工程精準(zhǔn)構(gòu)建了具有超高生物活性的單原子納米酶RhN?、VN?和Fe-Cu-N?。通過密度泛函理論研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的FeN?不同，RhN?和VN?擁有完全不同的催化反應(yīng)機理，它們首先結(jié)合單原子O，形成穩(wěn)定的Rh-O-N?和V-O-N?催化活性中心，然后通過獨特的“雙側(cè)”反應(yīng)路徑大幅度降低反應(yīng)能壘，實現(xiàn)高效的生物催化活性。此外，室溫下，天然酶僅擁有6小時~48小時的催化穩(wěn)定性，并且難以回收使用，而RhN?、VN?和Fe-Cu-N?單原子納米酶擁有長達(dá)數(shù)月的生物催化穩(wěn)定性，并且可以反復(fù)使用數(shù)十次沒有明顯衰減，表明了極高的可重復(fù)利用和可回收特性。

　　生物實驗表明，單原子納米酶RhN?、VN?和Fe-Cu-N?可以用于高效的傷口愈合。傳統(tǒng)的傷口縫合線沒有生物催化活性，通過單原子納米酶構(gòu)建的新型縫合線擁有了各類氧化還原酶活性。他們通過促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子的分泌，調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低傷口的炎癥，加速傷口閉合由炎癥向組織修復(fù)期過渡，實現(xiàn)腦創(chuàng)傷頭皮的高效愈合。他們還可以通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，緩解神經(jīng)創(chuàng)傷的氧化損傷。

　　張曉東表示，單原子納米酶因高催化活性和可重復(fù)利用的特性，成為一種有潛力的酶替代物，可通過構(gòu)建新型生物器械，進(jìn)一步拓展其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。