单金属原子催化剂的制备和生物医学应用

科学领域:

• 纳米技术和材料科学 材料科学
• 生物医学工程 生物医学工程
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 纳米催化剂,包括纳米酶,光催化剂和声催化剂,正在探索体内催化反应以调节生物微环境并实现治疗效果.
• 传统的纳米催化剂往往受到低金属原子利用率和催化活性的影响.
• 单金属原子催化剂 (SACs) 提供优越的催化活性和选择性,因为它们的结构定义很好,并最大限度地利用原子.

研究的目的:

• 描述SAC的设计,制备和功能化,其中单金属原子集成到化碳支中.
• 为生物应用提供合成和表征SAC的协议,重点关注具有过氧化酶类活性的SAC.
• 在携带瘤的小鼠中展示功能化的SACs的应用,以在瘤微环境中产生反应性氧物种.

主要方法:

• 热解热氧化伊米达酸框架-8 (ZIF-8) 或聚多巴胺衍生材料以产生SACs.
• 具体SAC实例的合成:Cu-N4来自Cu-ZIF-8,Ir-N5来自Ir@ZIF-8加上胺,Co-PN3来自triphenylphosphine@Co-ZIF-8,以及Cu-SN3来自ZnS@Cu-polydopamine.
• 用蛋白质 (例如,胆固醇氧化酶,酸盐氧化酶) 功能化SACs以减轻聚合和体内冠状形成,然后进行物理化学和功能表征.

主要成果:

• 成功设计和制备了各种单金属原子在添加碳支体内的SAC.
• 证明SAC属性可以根据金属选择和协调环境进行调整.
• 验证了功能化和表征的协议,包括瘤模型中的体外和体内实验.

结论:

• 开发的协议为准备和功能化用于生物医学应用的SAC提供了一个强大的方法.
• 功能化的SAC显示出在瘤微环境中产生反应性氧物种的前景,利用它们的过氧酶类活性.
• 这项工作奠定了利用SACs作为治疗剂的基础,通过解决其应用中的关键挑战.