科学岛团队提出溶剂自碳化-还原策略制备出用于肿瘤自级联催化治疗的低价态超高密度单原子纳米酶

近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员与张欣研究员课题组合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振，提出了一种“溶剂自碳化-还原”策略，制备出超高原子密度的单价态铜单原子纳米酶（CuⅠ SAE），可用于肿瘤自级联催化治疗，相关成果发表在国际期刊Chemical Engineering Journal。

基于对肿瘤微环境（TME）的特异性反应，SAEs可以催化肿瘤细胞内的过氧化氢（H2O2）生成高毒性羟基自由基（·OH），展现出优异的过氧化物酶活性。然而，TME中较低的H2O2水平和较弱的微酸环境限制了SAEs的过氧化物酶活性。由于CuⅠ/CuⅡ 相对较低的氧化还原电位，CuⅠSAEs能够实现多样化的催化环境和较高的催化性能。此外，CuⅠ 可以将谷胱甘肽（GSH）转化为H2O2，这不仅缓解了催化底物的短缺，而且避免了GSH对·OH的消耗。然而，由于制备过程复杂、成分不均匀、水溶性差、金属价态不可控等原因，高原子密度CuⅠ SAEs的便捷可控合成仍然是一项具有挑战性的任务。

基于上述情况，联合研究团队提出了一种通过有机溶剂和CuⅡ盐的自碳化-还原来制备CuⅠ SAEs的新策略。作为一种常规有机溶剂，甲酰胺由于其高氮含量和空位配体位点，易缩合成线性大分子链，从而螯合CuⅡ。在高温作用下，甲酰胺碳化生成的还原性物质将CuⅡ 还原为CuⅠ，进而形成CuⅠ负载的氮化碳纳米线（Cu-CN）。结果表明：该Cu-CN具有2.19 atoms/nm2（23.36 wt.%）的超高单原子密度，展现优异的GSH消耗和·OH产生性能，诱导肿瘤细胞产生高效的铁死亡和凋亡，实现高达89.17%的肿瘤抑制率。该项研究为制备以氮化碳为载体的单原子催化剂提供了一种全新的策略。

图1. 单原子铜负载氮化碳纳米酶的合成及肿瘤治疗示意图。