دستیابی پژوهشگران به نانو آنزیمی با فعالیت کاتالیستی ۷۰ برابر بیشتر

به گزارش روز یکشنبه ستاد ویژه نانو، نانوزیم (Nanozyme) به نانوموادی گفته می‌شود که خواصی شبیه آنزیم دارند. این ترکیبات اخیراً توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است. از جمله مزیت‌های این نانومواد می‌توان به پایداری بالا، هزینه کم، امکان تولید انبوه و فعالیت کاتالیستی قابل تنظیم اشاره کرد. از زمانی که این فناوری کشف شده، تاکنون مواد مختلفی برای تولید نانوزیم به کار گرفته شده اما این حوزه همیشه با دو چالش روبه‌رو بوده است.

اولین مشکل دانسیته کم سایت‌های فعال روی نانوزیم‌ها نسبت به آنزیم‌های طبیعی است و مسئله دوم ساختار عنصری ناهمگن در این آنزیم‌های مصنوعی است که موجب می‌شود تا سازوکار نانوزیم‌ها از آنزیم‌های طبیعی متفاوت شوند.

محققان مؤسسه شیمی کاربردی چانگچو با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه استونی بروک آمریکا، دسته‌ای جدید از نانوزیم‌های تک‌اتمی را ارائه کردند که سایت‌های فعال زیادی دارند. در این پژوهش محققان روشی برای سنتز نانوزیم‌های تک اتمی پیشنهاد کردند که مراکز فعال مشابه آنزیم‌های طبیعی دارند. آن‌ها با کمک راهبرد پایین به بالا از نانوچارچوب‌های کربنی برای تولید نانوزیم با فرمول شیمیایی FeN۵ SA/CNF استفاده کردند.

بررسی‌های انجام شده روی این نانوزیم نشان داد که فعالیت کاتالیستی آن ۷۰ برابر بیشتر از کاتالیست Pt/C است، از آنجایی که این نانوزیم خاصیتی شبیه آنزیم‌های اکسیداز دارد، اثربخشی نانوزیم سنتز شده روی چهار دسته از باکتری‌ها مورد آزمایش قرار گرفت که نتایج رضایت‌بخشی به دست آمد. در ادامه محققان ارزیابی خود را روی این نانوزیم با مدل‌های حیوانی اجرا کردند طوری که از این نانوزیم روی زخم موش‌های آزمایشگاهی استفاده کردند. زخم در موش‌ها با باکتری آلوده شده و سپس این نانوزیم روی زخم مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این بررسی نیز مثبت ارزیابی شد.

برای درک بهتر دلیل رفتار اکسیدکنندگی این نانوزیم، محققان اقدام به انجام شبیه‌سازی‌های کامپیوتری کردند، آن‌ها با استفاده از نظریه عامل دانسیته فرآیند احیاء مولکولی اکسیژن را روی سایت‌های اتم منفرد در این ساختار مورد بررسی قراردادند و سازوکار اکسیدکنندگی این نانوزیم را تبیین کردند.

محققان امیدوارند که با استفاده از این راهبرد جدید بتوانند نسل جدیدی از نانوزیم‌ها را عرضه کنند که دامنه کاربرد وسیعی دارند.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای با عنوان Single-atom nanozymes در نشریه Science Advances به چاپ رسیده است.