纳米酶是一类具有类酶催化性能的纳米材料，是新一代人工酶，在生物医学领域有着广泛的应用前景。自2007年首次发现四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒具有类过氧化物酶活性以来，铁基纳米酶在肿瘤催化治疗和抗菌等方面受到广泛关注。然而，由于铁原子的利用率较低，纳米氧化铁的催化效率往往低于天然酶（如辣根过氧化物酶，HRP）。为了提高铁原子的利用率，人们引入单原子设计用于构筑更加精确的活性位点，通过模拟天然酶的铁卟啉配位结构，显著提高了铁的催化效率和纳米酶的活力。例如，在铁单原子纳米酶中构建诸如FeN4、FeN5或FeN3P等活性位点，其催化效率和动力学可与天然酶相媲美。然而，以铁盐作为铁源与碳氮化物配位，或在金属-有机框架（MOFs）中取代金属，然后再进行热解碳化的合成方法，除了形成单原子铁外，往往还会形成较多的铁团簇或铁单质，并非完全处于单原子状态。这种不可控的铁原子状态不仅影响了纳米酶的类酶活性，也使得精确评估其催化效率变得困难。
为了解决这一问题，高利增研究组提出了一种红细胞模板化策略，以其丰富的血红蛋白作为铁源制备铁单原子纳米酶。其基本理念是改造红细胞内源铁模拟辣根过氧化物酶（HRP）的催化活性中心，由运输氧功能转化为催化功能。每个红细胞含有约2.6亿个血红蛋白，每个血红蛋白含有4个包含铁原子的环状血红素，这使它们成为单原子铁的理想来源，用以制备模拟HRP活性的纳米酶。
为了证明该假设，研究者将细胞固定、盐化和热解碳化等过程相结合，以红细胞作为模板，合成了具有均匀单原子Fe的纳米酶。如图1所示，这种红细胞模板纳米酶（Erythrocyte-templated nanozymes，ETN）表现出类过氧化物酶（POD）活性，催化H2O2产生羟基自由基（·OH），并且可以通过近红外（NIR）光照射进一步增强。此外，制备的ETN呈蜂窝状结构，可作为一种纳米海绵促进血液凝固。这些特性使ETN成为一种多功能材料，促进感染伤口的愈合。相关研究成果以"An Erythrocyte-Templated Iron Single-Atom Nanozyme for Wound Healing"为题在线发表于《Advanced Science》杂志。
图1. 以红细胞为模板制备的单原子纳米酶促进感染伤口愈合
金沙集团1862cc高利增研究员和北京交通大学张金华教授为论文通讯作者，金沙集团1862cc博士研究生王晓楠、暨南大学与北京交通大学联合培养博士生刘婷为本文共同第一作者，金沙集团1862cc范克龙研究员为该研究给予了指导和帮助。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202307844
发布时间：2023年12月12日（供稿：高利增研究组）
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