Nanomaterialer efterligner naturlige enzymer med overlegen katalytisk aktivitet og selektivitet til påvisning af acetylcholin

Et KAIST-forskergruppe dopede nitrogen og bor til grafen for selektivt at øge peroxidase-lignende aktivitet og det lykkedes at syntetisere et peroxidase-efterlignende nanozyme med en lav pris og overlegen katalytisk aktivitet. Disse nanomaterialer kan anvendes til tidlig diagnose af Alzheimers sygdom.

Enzymer er de vigtigste katalysatorer i vores krop og bruges meget i bioassays. I særdeleshed, peroxidase, som oxiderer transparente kolorimetriske substrater til at blive et farvet produkt i nærvær af hydrogenperoxid, er det mest almindelige enzym, der bruges i kolorimetriske bioassays.

Imidlertid, naturlige enzymer bestående af proteiner er ustabile mod temperatur og pH, svært at syntetisere, og dyrt. Nanozymer, på den anden side, ikke består af proteiner, hvilket betyder, at ulemperne ved enzymer kan overvindes med deres robusthed og høje produktivitet. I modsætning, de fleste nanonzymer har ikke selektivitet; for eksempel, peroxidase-efterlignende nanozymer demonstrerer oxidaselignende aktivitet, der oxiderer kolorimetriske substrater i fravær af hydrogenperoxid, som holder dem væk fra præcist at detektere målmaterialerne, såsom hydrogenperoxid.

Professor Jinwoo Lee fra Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik og hans team var i stand til at syntetisere et peroxidase-efterlignende nanozyme med overlegen katalytisk aktivitet og selektivitet mod hydrogenperoxid. Co-doping af nitrogen og bor til grafen, som har ubetydelig peroxidase-lignende aktivitet, selektivt øget peroxidase-lignende aktivitet uden oxidase-lignende aktivitet for nøjagtigt at efterligne naturperoxidase og er blevet en stærk kandidat til at erstatte peroxidasen.

De eksperimentelle resultater blev også verificeret med beregningskemi. Nitrogen- og bor-co-dopet grafen blev også anvendt til den kolorimetriske påvisning af acetylcholin, som er en vigtig neurotransmitter og med succes opdagede acetylcholin endnu bedre end naturperoxidasen.

Professor Lee sagde, "Vi begyndte at studere nanozymer på grund af deres potentiale for at erstatte eksisterende enzymer. Gennem denne undersøgelse vi har sikret kerneteknologier til at syntetisere nanozymer, der har høj enzymaktivitet sammen med selektivitet. Vi mener, at de kan anvendes til effektivt at opdage acetylcholin til hurtig diagnosticering af Alzheimers sygdom.