具有SOD和CAT两种催化活性位点的级联纳米酶Pt@PCN222-Mn介绍

本文通过将具有类SOD活性的锰卟啉结构和类CAT活性的铂纳米粒子(Pt NPs)引入由锆氧簇和卟啉通过自组装而形成的金属有机框架化合物PCN222中，成功合成了一种能够清除ROS的集成化级联纳米酶（Pt@PCN222-Mn）（图1）。该级联纳米酶具有两种相互分离的催化活性位点，它们可以分别模拟SOD和类CAT的催化活性。

图1 （A）Pt@PCN222-Mn的合成路线。（B）PCN222-Mn的透射电子显微镜图。（C）PCN222-Mn的扫描电子显微镜图。（D）PCN222-Mn、Pt@PCN222-Mn-1、Pt@PCN222-Mn-3和Pt@PCN222-Mn-5的粉末X射线衍射图。（E）Pt@PCN222-Mn-1的透射电子显微镜图。（F）Pt@PCN222-Mn-3的透射电子显微镜图。（G）Pt@PCN222-Mn-5的透射电子显微镜图。（H）Pt@PCN222-Mn-5的高分辨透射电子显微镜图。（I）Pt@PCN222-Mn-5的扫描电子显微镜图。（J）PCN222-Mn、Pt@PCN222-Mn-1、Pt@PCN222-Mn-3和Pt@PCN222-Mn-5的紫外可见吸收光谱图。

通过对类SOD、类CAT的活性测试（图2），证明了级联纳米酶Pt@PCN222-Mn不仅具有良好的ROS清除能力，而且可以通过改变纳米颗粒Pt的含量对其活性进行调控（Pt@PCN222-Mn-1、Pt@PCN222-Mn-3和Pt@PCN222-Mn-5为通过改变Pt NPs的用量合成的三种不同含量Pt NPs的MOF级联纳米酶）。

图2 （A）黄嘌呤、黄嘌呤氧化酶和NBT在加入不同的纳米酶（20 μg/mL）后，产生的吸光度A-A0（550 nm）随时间变化的动力学曲线。（B）超氧自由基的清除能力与纳米酶浓度之间的关系。（C）在50 mM的双氧水中加入不同纳米酶（4 μg/mL）后，产生的溶解氧含量随时间变化的动力学曲线。（D）不同双氧水浓度在前60 s的溶解氧产生速率同纳米酶的相关性。数据是平均值 ± 标准偏差（n = 3）。

随后，通过对级联纳米酶的SOD和CAT类酶活性进行动力学分析发现，级联纳米酶的协同作用对其CAT的活性提升更为**（图3）。这种性能的提升可能是由于MOF结构的限域效应阻止了Pt NPs的聚集，并提升了局部催化位点和底物的浓度。此外，动力学分析表明双氧水的积累可以占据TCPP-Mn上中心金属的配位位点。通过在PCN222-Mn中引入Pt可以对双氧水进行清除，不仅能够提高材料整体的类CAT催化活性还能确保其类SOD活性不受影响。

图3 （B）过氧化氢在分别加入Pt、PCN222-Mn、Pt+PCN222-Mn和Pt@PCN222-Mn-5后前60 s的溶解氧产生速率。数据是平均值 ± 标准偏差（n = 3）。***P < 0.005, ****P < 0.001, ns = not significant, t-test.

通过对体内实验中级联纳米酶的协同作用的研究，表明Pt@PCN222-Mn-5的确具有协同催化清除ROS的能力，

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