Illustrazione schematica di siti di Fe dispersi atomicamente che imitano il centro attivo del citocromo P450, caratterizzazione della struttura atomica, così come l'indagine sperimentale e teorica dell'attività ossidasi-simile dei nanozimi a singolo atomo Credito:DONG Shaojun
I nanozimi, nanomateriali catalitici con caratteristiche simili agli enzimi, offrono il vantaggio di basso costo, elevata stabilità, attività catalitica sintonizzabile e facilità di produzione di massa. Per queste ragioni, sono stati ampiamente applicati nel biorilevamento, terapeutici e tutela dell'ambiente.
Però, la bassa densità di siti attivi nei nanozimi è correlata a un'attività catalitica molto inferiore rispetto agli enzimi naturali. Inoltre, la loro composizione elementare disomogenea e gli intricati meccanismi catalitici derivati dalla struttura delle sfaccettature limitano seriamente l'ampia applicazione dei nanozimi convenzionali.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Dong Shaojun del Changchun Institute of Applied Chemistry (CIAC) dell'Accademia cinese delle scienze ha scoperto una nuova classe di nanozimi a singolo atomo, che integra una tecnologia all'avanguardia a singolo atomo con siti attivi intrinseci simili a enzimi.
I ricercatori hanno sintetizzato nanozimi a singolo atomo con FeN assiale N-coordinato confinato con nanoframe di carbonio 5 centri (FeN 5 SA/CNF). Calcoli teorici e studi sperimentali hanno indicato che la più alta attività ossidasi-simile di FeN 5 SA/CNF è stato derivato dai siti attivi enzimatici e dai meccanismi catalitici.
I centri metallici atomicamente dispersi hanno massimizzato l'efficienza di utilizzo atomico e la densità dei siti attivi. La struttura di coordinamento ben definita ha fornito un chiaro modello sperimentale per l'indagine sui meccanismi.
I risultati attuali suggeriscono che i nanoenzimi a singolo atomo hanno superato gli inconvenienti critici dei nanozimi convenzionali. Inoltre, l'imitazione dei siti attivi degli enzimi naturali sembra essere un metodo efficiente per la sintesi di nanozimi a singolo atomo con elevata attività e meccanismo chiaro.
Per di più, la proprietà catalitica e il meccanismo dei nanozimi a singolo atomo dipendono principalmente dalla configurazione sterica dei centri attivi, piuttosto che le dimensioni, struttura o sfaccettatura dei supporti. Così, attraverso l'alterazione dei nanomateriali supportati, alcuni tipi di siti attivi possono essere estesi ad applicazioni generali con meccanismi enzimatici definiti.
Lo studio, pubblicato in Progressi scientifici , mostra che i nanozimi definiti a singolo atomo forniscono una nuova prospettiva sul meccanismo catalitico e sulla progettazione razionale dei nanozimi. Mostrano anche un grande potenziale per diventare la prossima generazione di nanozimi.
