单金属原子催化剂(SACs)的制备及其在生物医学应用中的催化性能优化

研究人员针对传统纳米催化剂金属原子利用率低、催化活性不足的问题，开发了基于氮掺杂碳载体负载单金属原子催化剂(SACs)的制备方案。通过热解ZIF-8或聚多巴胺衍生材料，成功构建了Cu–N4、Ir–N5等四种高活性结构，经蛋白功能化修饰后，可靶向肿瘤微环境产生活性氧(ROS)，为疾病治疗提供新策略。

　　

这项研究详细阐述了具有过氧化物酶样活性的单金属原子催化剂(Single-Atom Catalysts, SACs)的制备方法。通过热解铜、钴或铱的金属配合物，在氮掺杂碳载体上构建出原子级分散的活性位点，包括Cu–N₄、Ir–N₅、Co–PN₃和Cu–SN₃四种典型结构。

这些催化剂展现出远超传统纳米催化剂的原子利用效率，其性能高度依赖于金属种类和配位环境。研究团队采用沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)和聚多巴胺作为前驱体，通过精确调控热解过程实现金属单原子的稳定锚定。为避免体内应用时的聚集效应和蛋白冠形成，特别开发了胆固醇氧化酶和丙酮酸氧化酶的表面功能化方案。

在肿瘤治疗应用中，这些SACs能特异性响应肿瘤微环境的高浓度过氧化氢(H₂O₂)，通过类过氧化物酶催化反应产生活性氧物种(ROS)。从材料合成到功能化修饰需4-5天，而完整的体外和体内评估体系则需要2-3个月，为开发新型纳米酶治疗剂提供了标准化研究范式。