Ilustración esquemática de sitios de Fe dispersos atómicamente que imitan el centro activo del Cytocrome P450, caracterización de la estructura atómica, así como la investigación experimental y teórica de la actividad de tipo oxidasa de nanozimas de un solo átomo Crédito:DONG Shaojun
Las nanozimas (nanomateriales catalíticos con características similares a las de las enzimas) ofrecen la ventaja de un bajo costo, alta estabilidad, actividad catalítica sintonizable y facilidad de producción en masa. Por estas razones, se han aplicado ampliamente en biosensores, terapéutica y protección del medio ambiente.
Sin embargo, la baja densidad de sitios activos en nanozimas está relacionada con una actividad catalítica mucho menor que con las enzimas naturales. Además, su composición elemental no homogénea y los intrincados mecanismos catalíticos derivados de la estructura de las facetas restringen seriamente la amplia aplicación de nanozimas convencionales.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Dong Shaojun del Instituto de Química Aplicada de Changchun (CIAC) de la Academia de Ciencias de China descubrió una nueva clase de nanozimas de un solo átomo, que integra tecnología de átomo único de última generación con sitios activos intrínsecos similares a enzimas.
Los investigadores sintetizaron nanozimas de un solo átomo con FeN axial coordinado por N axial confinado en nanoframe de carbono. 5 centros (FeN 5 SA / CNF). Los cálculos teóricos y los estudios experimentales indicaron que la mayor actividad de tipo oxidasa del FeN 5 SA / CNF se derivó de los sitios activos de tipo enzimático y los mecanismos catalíticos.
Los centros metálicos dispersos atómicamente maximizan la eficiencia de utilización atómica y la densidad de los sitios activos. La estructura de coordinación bien definida proporcionó un modelo experimental claro para la investigación de mecanismos.
Los resultados actuales sugieren que las nanozimas de un solo átomo superaron los inconvenientes críticos de las nanozimas convencionales. Además, imitar los sitios activos de las enzimas naturales parece ser un método eficaz para la síntesis de nanozimas de un solo átomo con alta actividad y un mecanismo claro.
Es más, la propiedad catalítica y el mecanismo de las nanozimas de un solo átomo dependen principalmente de la configuración estérica de los centros activos, en lugar del tamaño, estructura o faceta de los soportes. Por lo tanto, mediante la alteración de los nanomateriales admitidos, ciertos tipos de sitios activos pueden extenderse a aplicaciones generales con mecanismos similares a enzimas definidos.
El estudio, publicado en Avances de la ciencia , muestra que las nanozimas definidas de un solo átomo proporcionan una nueva perspectiva sobre el mecanismo catalítico y el diseño racional de las nanozimas. También muestran un gran potencial para convertirse en la próxima generación de nanozimas.
