以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
英文原题：LUMO-mediated Se and HOMO-mediated Te Nanozymes for Selective Redox Biocatalysis
通讯作者：张晓东，天津大学医学工程与转化医学研究院；穆晓宇，天津大学医学工程与转化医学研究院；冯列峰，天津大学理学院
作者：Kaijin Liu (刘恺津), Jiaxue Niu (牛嘉雪), Ling Liu (刘祾), Fangzhen Tian (田芳臻), Hongmei Nie (聂红梅), Xiaoyu Liu (刘晓宇), Ke Chen (陈珂), Ruoli Zhao (赵若荔), Si Sun (孙思), Menglu Jiao (焦萌露), Maoye Tian (田茂业), Xinyu Sun (孙鑫煜), Lanfei Niu (牛兰飞), Xinyi Sun (孙心怡), Hao Wang (王浩), Wei Long (龙伟)
背景介绍
硫族元素（S、Se、Te）在药物递送、疾病治疗、生物成像和生物传感等方面发挥着基础性作用，推动着具有生物活性的硫族衍生物的开发。近年来，单质硒(Se)和碲(Te)纳米颗粒(NPs)因其成本低、易于合成、以及高载流子迁移率和在室温下高效催化等特点，吸引了人们的极大兴趣。单质Se 和 Te 具有新颖的链状结构，相邻链之间通过弱的范德华力连接，而链内原子通过强共价键结合。这种链状结构赋予其一系列独特的物理、化学和生物学特性，使其在生物催化方面有着优异的表现。
非晶态硒（a-Se）具有高光敏性、良好的催化性能、便于大规模生产等特点，展现出良好的生物应用前景，但很少有人研究非晶相Se NPs由电子转移介导的催化机制。Te纳米酶表现出良好的环境稳定性和水合催化活性等优异性能，但目前有关Te纳米酶的合成工艺、生物催化性能等方面的研究较少。这严重制约了Se和Te纳米酶催化性能的提高和生物应用的发展。
文章亮点
针对这一问题，天津大学张晓东教授、穆晓宇副研究员和冯列峰副教授在Nano Letters上发表了LUMO 介导的 Se 和 HOMO 介导的 Te 纳米材料用于选择性氧化还原生物催化研究。该研究成功合成了壳聚糖包覆的无定形Se纳米颗粒，并开发了一种简单快速的合成方法用于牛血清白蛋白(BSA)包裹的Te纳米颗粒的制备。对两种纳米酶抗氧化能力的定量分析结果表明，Se NPs和Te NPs分别比 Trolox高23倍和4倍。此外，Se NPs具有浓度依赖性的类CAT活性，而Te NPs未表现出类CAT活性。结合电催化测试和DFT计算结果，该研究首次提出了具有Se/Se2-活性中心的Se NPs通过 LUMO 介导的催化机制实现ROS清除的效果，而具有Te/Te4+活性中心的Te NPs则由HOMO 介导表现出ROS产生的能力。体内辐射实验进一步证实，Se NPs通过抑制生物催化过程中的过氧化作用，减轻小鼠由高能射线造成的DNA和BMNC损伤，快速修复造血系统，发挥辐射防护作用。而Te NPs由于促氧化作用而增强辐射敏感性，加重了由辐射引起的损伤，显著降低小鼠的存活率。
图1. Se NPs 和Te NPs的合成过程和表征。
图2. Se NPs 和Te NPs的抗氧化性能和类CAT活性。
图3. Se NPs 和Te NPs清除或产生ROS的机理及电化学和ESR测试结果。
图4. Se NPs 和Te NPs的密度泛函计算和催化机理。
图5. Se NPs 和Te NPs调控生物氧化还原机制示意图和体内辐射防护能力评估。
总结/展望
以前的研究主要集中在Se和Te材料的生物效应上，而忽略了背后的催化机制。该研究发现了Se和Te纳米酶分别通过电子转移介导的LUMO和HOMO机制实现辐射诱导的选择性生物催化，为Se和Te纳米酶的催化活性提升提供了一种新的策略，拓宽了硫族元素衍生物在生物医学领域的应用。
相关论文发表在Nano Letters上，天津大学硕士研究生刘恺津和牛嘉雪为文章的第一作者，天津大学张晓东教授、穆晓宇副研究员和冯列峰副教授为通讯作者。
通讯作者信息：
张晓东 教授
天津大学教授，博士生导师，天津大学医学工程与转化医学研究院副院长，国家重点研发计划首席科学家，国家级青年人才项目获得者（四青），科睿唯安“全球高被引科学家”（Highly Cited Researchers）（2021），爱思唯尔（Elsevier）中国高引学者（2020、2021），天津市‘杰青’获得者。毕业于天津大学理学院获得博士学位，2013-2015年赴斯坦福大学戴宏杰院士课题组进行博士后研究。长期从事纳米生物医学和光学成像，提出‘团簇酶’的概念，实验对神经创伤的早期高效干预（Nat. Commun.2021）；构建超越天然酶反应亲和力的人工酶缝线和凝胶，实现对神经创伤对中期调控（Nat. Commun.2022），发现超快人工酶，实现对神经创伤的高效抑制和神经认知改善（Sci. Adv. 2019）；设计生物活性的红外二区团簇探针，实现高效病理监测（Adv. Mater. 2019）。在过去10多年的工作中，以第一或通讯作者身份发表SCI收录论文100多篇，包括Nature Communications 2篇（IF=17.6），Science Advances 1篇（IF=14.9），Advanced Materials 4篇（IF=30.8），Nano Letters 3篇（IF=11.1），ACS Nano 4篇（IF=18.0），CoordinationChemistry Reviews 3篇, Trends in Pharmacological Sciences1篇（IF=17.6）, Advanced Functional Materials 1篇（IF=19.9）。总引用次数超过10000多次，1篇热点论文，12篇论文入选ESI高被引。主持国家自然科学基金重大研究计划、联合基金、面上等5项国家基金。
穆晓宇 副研究员
天津大学副研究员，硕士生导师，毕业于天津大学并获得博士学位。研究方向是纳米医学，其研究工作主要集中在神经生物材料设计、红外二区的荧光成像及其在重大神经系统疾病治疗中的应用。迄今为止，在高水平SCI期刊共发表论文40余篇，包含以第一作者或通讯作者身份发表在顶级期刊Science Advances （Science子刊）、ACS Nano、Nano Lett.、Coord. Chem. Rev.、Trends Pharmacol. Sci.、Theranostics、Small和ACS Appl. Mater. Interfaces等，ESI高被引1篇，热点论文1篇。主持国家自然科学基金青年基金1项、国家重点研发计划子课题1项；作为项目骨干，参与“脑科学与类脑研究”重大项目青年科学家项目1项，国家自然科学基金重点项目、重大研究计划等4项；合作主持天津市自然科学基金面上项目2项。
冯列峰 副教授
天津大学物理系，英才副教授，2008.3年天津大学获得博士学位并留校任教，2008.3-2011.6讲师，2011.7年-2020.12年，副教授，2021.1年-至今，英才副教授。2013.6-2014.6美国华盛顿大学访问学者。
研究方向：半导体材料及器件，在该领域主持国家自然科学基金3项，天津市自然科学基金重点项目1项，面上项目1项，在Nature，Nano Letter、APL，2D mater、JPD、IEEE JQE等期刊上发表SCI论文50余篇。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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