Electron Lock Manipulates the Catalytic Selectivity of Nanozyme

选择性 催化作用 电子转移 化学 辣根过氧化物酶 纳米材料 纳米技术 石墨烯 基质(水族馆) 组合化学 电子传输链 光化学 材料科学 有机化学 生物化学 海洋学 地质学
作者
Guopeng Xu,Kehan Liu,Bingqing Jia,Zhenzhen Dong,Chengmei Zhang,Xiangdong Liu,Yuanyuan Qu,Weifeng Li,Mingwen Zhao,Huiting Zhou,Yongqiang Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (4): 3814-3825 被引量:78
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c12201
摘要

Nanomaterials with enzyme-mimicking functions, termed nanozymes, offer attractive opportunities for biocatalysis and biomedicine. However, manipulating nanozyme selectivity poses an insurmountable hurdle. Here, we propose the concept of an energy-governed electron lock that controls electron transfer between nanozyme and substrates to achieve selectivity manipulation of enzyme-like catalysis. An electron lock can be constructed and opened, via modulating the nanozyme's electron energy to match the energy barrier of enzymatic reactions. An iron-doped carbon dot (FeCD) nanozyme with easy-to-regulate electron energy is selected as a proof of concept. Through regulating the conduction band which dominates electron energy, activatable oxidase and selective peroxidase (POD) with substrate affinity 123-fold higher than that of natural horseradish peroxidase (HRP) is achieved. Furthermore, while maintaining selectivity, FeCDs exhibit catalytic kinetics comparable to that of HRP upon transforming photons into electrons. Superior selectivity, efficient catalysis, and undetectable biotoxicity energize FeCDs as potent targeted drugs on antibiotic-resistant bacterial abscesses. An electron lock provides a robust strategy to manipulate selectivity toward advanced nanozymes.
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