文章来源: 中国科学报

12月27日消息,近日,中国科学院工程实验室(以下简称实验室)正式揭牌成立。实验室旨在组织和协调中科院及地方企业等相关研究力量,从事纳米酶催化机制和应用研究,突破纳米酶工程化生产关键技术,服务国民经济主战场和满足国民健康的重大国家战略需求。


中科院纳米酶工程实验室揭牌 致力于纳米酶催化机制和应用研究-贤集网


担任实验室主任的中科院院士、中科院生物物理研究所研究员阎锡蕴介绍,实验室将聚焦纳米酶抗菌材料、铁蛋白药物载体、纳米酶检测技术三大目标领域,建设成果转移转化平台。目前实验室已与北京理工大学、南开大学等合作成立了纳米酶联合实验室,并与多家企业建立合作关系,未来还将孵化一批纳米酶相关高新技术企业。


中科院自2019年上半年起启动了工程实验室建设,该实验室是首批设立的11家工程实验室之一。


关于纳米酶


纳米酶代表了一类蕴含类酶生物效应的纳米材料,它是纳米技术与生命科学交叉的产物,要搞清楚纳米酶的含义,我们首先要从生物酶和人工模拟酶的发展说起。


传统酶学关于生物酶的定义是“由活细胞产生的、对底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA”。生物酶对人体是至关重要的,人体内的几乎所有的生命活动都有酶的参与。生物酶的高效催化效率保障了生物体内时时刻刻都在进行的快速的物质转化和能量代谢。


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生物酶因有着高效的催化效率,可以大幅提高化学反应进行的速率,节约时间成本,目前已经被广泛应用于化工、食品、医药、环境和生物技术等方面。例如,在生物技术方面,辣根过氧化物酶因为可以使底物快速地发生颜色变化,从而被广泛地应用于标记抗体,进而可以被用来检测与抗体特异性结合的抗原。


生物酶催化活性是任何人工合成的催化剂都难以企及的,但结构上的不稳定性和对环境的敏感性极大地限制了它的工业应用。首先,生物酶是大分子的活性物质,在应用过程中活性难以保持稳定,在高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件下极易失活。


为了兼顾稳定性和可回收性,科学家逐渐尝试利用纳米技术来合成人工模拟酶。纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的发展异常迅速,从1984年德国萨尔大学的Gleiter教授等人首次制备金属纳米材料至今的短短35年时间,科学家们已经可以随心所欲的组装结构和功能多样化的纳米材料。因为纳米颗粒具有着很多宏观物质不具有的光学、磁学、电学等理化特性,并且可以进行多样化的改造,所以利用纳米技术来模拟生物酶可以赋予模拟酶多种多样的功能。


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一石激起千层浪,纳米酶的发现迅速地引起了国内外科学家们的关注,从纳米酶2007年被初次发现至今已经有300多种纳米材料被发现具有酶学活性,进行相关研究的实验室遍布超过26个国家。


纳米酶之所以被认为具有类酶催化效应,不仅仅是因为它有着高效的催化活性,可以像生物酶一样催化相同的化学反应,更是因为它与生物酶有着极其相似的催化条件和催化机制。


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