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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(guò)酶結(jié)構(gòu)的精細(xì)模仿，可集多種生物酶之所長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)仿生級(jí)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(yīng)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(shí)，也導(dǎo)致其復(fù)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(guò)氧化氫酶等），也可能是相互競(jìng)爭(zhēng)的（如：過(guò)氧化氫酶與過(guò)氧化物酶等）。此外合成方法上仍依賴大量溶劑，且以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模為主，無(wú)法適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)，從而限制了單原子納米酶的進(jìn)一步應(yīng)用。

針對(duì)以上問(wèn)題，浙江工業(yè)大學(xué)、中山大學(xué)紀(jì)紅兵教授團(tuán)隊(duì)與廣西大學(xué)輕工食品工程學(xué)院“植物纖維清潔分離轉(zhuǎn)化與紙基功能材料綠色制備”團(tuán)隊(duì)陳虹宇副教授合作，利用機(jī)械輔助原位MOF封裝策略，模擬細(xì)菌過(guò)氧化氫酶中相鄰鐵活性位點(diǎn)特異性協(xié)同分解H₂O₂的特點(diǎn)，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(duì)出現(xiàn)，相鄰鐵原子間距約2.98~3.36 ?，且未形成Fe-Fe鍵。

進(jìn)一步的測(cè)試表明，F(xiàn)e₂-SAzyme在不同濃度H₂O₂（5-100 mM、1-30 wt%）下的過(guò)氧化氫酶活性均明顯優(yōu)于Fe₁-SAzyme。與隨機(jī)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(guò)氧化氫酶活性（約2~3.7倍），而且抑制了與其競(jìng)爭(zhēng)的類過(guò)氧化物酶活性，從而將Fe₂-SAzyme的催化選擇性（類過(guò)氧化氫酶/類過(guò)氧化物酶）提高了約6倍。H₂O₂分解反應(yīng)的Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(guò)氧化氫酶（17.8~110 mM）相似，表明其對(duì)H₂O₂的親和性可媲美生物酶。

結(jié)合理論計(jì)算與對(duì)照實(shí)驗(yàn)，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(yīng)路徑從生成ROS（Fe₁-SAzyme）變?yōu)榍宄齊OS（Fe₂-SAzyme）。具體地說(shuō)，鄰近雙鐵位點(diǎn)與H₂O₂之間的協(xié)同氫鍵作用可顯著降低反應(yīng)能壘，同時(shí)避免了Fe₁-SAzyme催化循環(huán)過(guò)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(jī)械輔助原位MOF封裝策略具有綠色高效和拓展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)多種雙位點(diǎn)單原子納米酶（Fe、Ir、Pt）的公斤級(jí)制備，且在結(jié)構(gòu)和性能方面無(wú)明顯放大效應(yīng)。

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(jí)綠色制備提供一種新策略與思路，為納米酶在仿生級(jí)聯(lián)催化方面的應(yīng)用與拓展展示了新的可能性。