Improving peroxidase activity of gold nanorod nanozymes by dragging substrates to the catalysis sites via cysteine modification

催化作用 基质(水族馆) 半胱氨酸 溴化物 化学 质子化 选择性 位阻效应 分子 组合化学 表面改性 无机化学 有机化学 海洋学 地质学 离子 物理化学
作者
Rui Cai,Xinshuang Gao,Chengqi Zhang,Zhijian Hu,Yinglu Ji,Jianbo Liu,Xiaochun Wu
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:32 (48): 485702-485702 被引量:11
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ac1e53
摘要

Abstract Surface chemistry control is a key means to improve substrate selectivity and enhance catalytic activity of nanozymes, a kind of novel artificial enzymes. Herein, we demonstrated that apart from chemical properties of functional groups, their spatial distance to the catalytic sites is also very important to improve the catalytic performance of nanozymes. Using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) coated gold nanorods (AuNR) as the example, we showed that cysteine (Cys) surface modification can greatly enhance the peroxidase activity of AuNR for the oxidation of substrate 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB). By using cysteine derivatives, the key role of the carboxylic group in cysteine is revealed in improving substrate binding and activity enhancement. The electrostatic interactions of carboxylic groups from adsorbed cysteine molecules with protonated amino groups of TMB bring TMB molecules to the surface Au active sites and thus markedly increase catalytic activity. In contrast, despite having two carboxylic groups, glutathione (GSH) surface modification only leads to quite limited improvement of catalytic activity. We speculated that due to large molecular size of GSH, the spatial distance between TMB-GSH and Au is larger than that between TMB-Cys and Au. Furthermore, Raman characterization indicated that at high Cys coverage, they form patches on rod surface via zwitterionic interactions, which may give additional benefits by decreasing the steric hindrance of TMB diffusion to surface Au atom sites. In all, our study highlights the importance of fine surface tuning in the design of nanozymes.
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