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單原子納米酶（SAzymes），兼具非均相納米材料與生物酶的特性，通過酶結(jié)構(gòu)的精細模仿，可集多種生物酶之所長，實現(xiàn)仿生級聯(lián)催化，因而在生物傳感、癌癥治療等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。然而單原子納米酶的非均相性，使其具備多種類酶活性的同時，也導致其復雜的內(nèi)在構(gòu)效關(guān)系，既可能是協(xié)同的（如：超氧化物歧化酶與過氧化氫酶等），也可能是相互競爭的（如：過氧化氫酶與過氧化物酶等）。此外合成方法上仍依賴大量溶劑，且以實驗室規(guī)模為主，無法適應工業(yè)生產(chǎn)，從而限制了單原子納米酶的進一步應用。

針對以上問題，浙江工業(yè)大學、中山大學紀紅兵教授團隊與廣西大學輕工食品工程學院“植物纖維清潔分離轉(zhuǎn)化與紙基功能材料綠色制備”團隊陳虹宇副教授合作，利用機械輔助原位MOF封裝策略，模擬細菌過氧化氫酶中相鄰鐵活性位點特異性協(xié)同分解H₂O₂的特點，成功構(gòu)建了類雙星體結(jié)構(gòu)的單原子鐵納米酶（Fe₂-SAzyme），球差電鏡及同步輻射表征顯示鐵原子成對出現(xiàn)，相鄰鐵原子間距約2.98~3.36 ?，且未形成Fe-Fe鍵。

進一步的測試表明，F(xiàn)e₂-SAzyme在不同濃度H₂O₂（5-100 mM、1-30 wt%）下的過氧化氫酶活性均明顯優(yōu)于Fe₁-SAzyme。與隨機分散的Fe₁-SAzyme相比，鐵原子間距調(diào)變不僅大幅提高了Fe₂-SAzyme的類過氧化氫酶活性（約2~3.7倍），而且抑制了與其競爭的類過氧化物酶活性，從而將Fe₂-SAzyme的催化選擇性（類過氧化氫酶/類過氧化物酶）提高了約6倍。H₂O₂分解反應的Michaelis-Menten動力學實驗表明Fe₂-SAzyme的Vmax是Fe₁-SAzyme的1.53倍，其米氏常數(shù)Km值（22.86 mM）與天然過氧化氫酶（17.8~110 mM）相似，表明其對H₂O₂的親和性可媲美生物酶。

結(jié)合理論計算與對照實驗，發(fā)現(xiàn)鐵原子間距調(diào)變可顯著影響單鐵納米酶的反應路徑從生成ROS（Fe₁-SAzyme）變?yōu)榍宄齊OS（Fe₂-SAzyme）。具體地說，鄰近雙鐵位點與H₂O₂之間的協(xié)同氫鍵作用可顯著降低反應能壘，同時避免了Fe₁-SAzyme催化循環(huán)過程中所涉及的高能O-O鍵斷裂，從而以end-bridge方式更高效地結(jié)合并分解H₂O₂，甚至可以直接結(jié)合并清除羥基自由基。

此外，機械輔助原位MOF封裝策略具有綠色高效和拓展性強等優(yōu)勢,可以實現(xiàn)多種雙位點單原子納米酶（Fe、Ir、Pt）的公斤級制備，且在結(jié)構(gòu)和性能方面無明顯放大效應。

總之，作者的研究為單原子納米酶的選擇性調(diào)控與公斤級綠色制備提供一種新策略與思路，為納米酶在仿生級聯(lián)催化方面的應用與拓展展示了新的可能性。