Unraveling the Enzymatic Activity of Oxygenated Carbon Nanotubes and Their Application in the Treatment of Bacterial Infections

碳纳米管 化学 过氧化物酶 纳米材料 纳米技术 催化作用 碳纤维 生物催化 组合化学 材料科学 有机化学 反应机理 复合数 复合材料
作者
Huan Wang,Penghui Li,Dongqin Yu,Yan Zhang,Zhenzhen Wang,Chaoqun Liu,H. Qiu,Zhen Liu,Jinsong Ren,Xiaogang Qu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:18 (6): 3344-3351 被引量:198
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.7b05095
摘要

Carbon nanotubes (CNTs) and their derivatives have emerged as a series of efficient biocatalysts to mimic the function of natural enzymes in recent years. However, the unsatisfiable enzymatic efficiency usually limits their practical usage ranging from materials science to biotechnology. Here, for the first time, we present the synthesis of several oxygenated-group-enriched carbon nanotubes (o-CNTs) via a facile but green approach, as well as their usage as high-performance peroxidase mimics for biocatalytic reaction. Exhaustive characterizations of the enzymatic activity of o-CNTs have been provided by exploring the accurate effect of various oxygenated groups on their surface including carbonyl, carboxyl, and hydroxyl groups. Because of the “competitive inhibition” effect among all of these oxygenated groups, the catalytic efficiency of o-CNTs is significantly enhanced by weakening the presence of noncatalytic sites. Furthermore, the admirable enzymatic activity of these o-CNTs has been successfully applied in the treatment of bacterial infections, and the results of both in vitro and in vivo nanozyme-mediated bacterial clearance clearly demonstrate the feasibility of o-CNTs as robust peroxidase mimics to effectively decrease the bacterial viability under physiological conditions. We believe that the present study will not only facilitate the construction of novel efficient nanozymes by rationally adjusting the degree of the “competitive inhibition” effect, but also broaden the biological usage of o-CNT-based nanomaterials via their satisfactory enzymatic activity.
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