张袁健团队在纳米酶催化机制方面取得重要研究成果

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近日，东南大学化学化工学院、江苏省富碳材料器件工程研究中心张袁健教授团队（https://carbosensing.group）在Fe-N-C纳米酶催化抗坏血酸氧化反应中的机制研究取得进展，相关成果以“Insights into Iron Leaching from an Ascorbate-Oxidase-like Fe-N-C Nanozyme and Oxygen Reduction Selectivity”为题在化学领域国际权威学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.以VIP Paper形式在线发表。
        抗坏血酸（H2A，又称维生素C）是一种广泛存在于各种食物中的维生素，它是一种抗氧化剂，可帮助保护细胞免受自由基的影响。近年来，抗坏血酸也被作为一种高效的促氧化剂，用于癌症治疗。然而，抗坏血酸“抗氧化”和“促氧化”作用相互“矛盾”，人们尚不清楚该生物医学功能双面性背后的分子机制，阻碍了抗坏血酸在生物医学中的应用。
        由于在原子水平上具有与天然酶相似的催化中心，单原子纳米酶被视为天然酶的模拟物，被广泛应用于生物传感、药物相互作用和疾病治疗等领域。鉴于此，近日，东南大学张袁健教授课题组提出使用Fe-N-C纳米酶作为铁蛋白模拟物探索抗坏血酸催化氧化反应的机制。
        该团队发现Fe-N-C纳米酶是一种多相催化剂，具有N-C和Fe-Nx两种活性位点，Fe-N-C中的Fe-Nx位点主要通过结合态中间体催化抗坏血酸氧化和四电子氧还原，同时，少量N-C位点催化二电子氧还原，催化过程中产生痕量超氧阴离子并诱导Fe-N-C中不稳定的Fe-Nx游离为Fe离子。进而，经N-C位点催化产生的过氧化氢与游离的Fe离子形成芬顿体系，衍生出一个新的四电子氧还原过程。更为重要的是，当游离的Fe离子远离催化剂时，由于抗坏血酸催化氧化过程中Fe-Nx活性位点含量的下降，更多的N-C活性位点被激活，从而直接导致过氧化氢产率上升。该研究率先发现Fe-N-C纳米酶催化抗坏血酸氧化过程中的Fe离子的析出现象，并揭示了一个新的氧气还原途径，对理解抗坏血酸促氧化效应用于清除癌细胞提供了一个新思路。

Fe-N-C纳米酶催化抗坏血酸氧化的三种路径（图片来自Angew. Chem. Int. Ed.）

       东南大学化学化工学院的硕士生曹栩雯和博士生朱彩霞为本工作共同第一作者，通讯作者为化学化工学院张袁健教授和医学院沈艳飞教授，东南大学为该工作的唯一完成单位，该工作得到了国家自然科学基金的资助。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302463
       文章来源：东南大学
        张袁健，1998年-2007年先后在南京大学（NJU）基础学科教学强化部和中国科学院长春应用化学研究所（CIAC, CAS）学习获学士和博士学位，2008年-2012年先后在德国马普胶体界面研究所（MPI-KG）和日本国立物质材料研究所（NIMS）国际青年科学家中心（ICYS）从事科研任博士后和ICYS Researcher（Tenure-Track），2012年起受聘于东南大学（SEU）化学化工学院，任教授、博士生导师。以分析传感为导向，利用电化学和光谱等技术对氮化碳聚合物、石墨烯、碳纳米管等富碳功能材料的化学制备、电子结构调控、表面性质改性、分子界面组装等方面进行系统研究，探索它们在光电转换和（光）电化学催化效应，并基于此发展新型光、电化学传感应用。 已在J. Am.Chem. Soc和Angew. Chem.Int. Ed.等发表SCI论文100余篇。研究成果受到国际国内同行的广泛关注，所发表论文被SCI期刊论文正面引用或大篇幅图文并茂重点介绍5000余次，H-index 41。作为项目负责人承担国家自然科学基金委重大研究计划培育项目、江苏省科技厅杰出青年基金、日本学术振兴会青年基金等相关项目，应邀担任美国化学会、英国皇家化学会、德国Wiley出版社等多个期刊审稿人。