摘要
纳米酶作为新一代人工酶，具有催化活性高、稳定性好、成本低等纳米材料独特的性质，成为纳米生物学研究的新兴领域。依靠催化生物小分子而产生活性氧自由基，纳米酶可以实现对生物分子的可视化检测以及对疾病的化学动力学治疗。然而与天然酶相比，许多报道的纳米酶（如金属氧化物）具有元素组成不均匀和催化活性位点密度低的缺陷，这些缺陷导致纳米酶的催化活性较低，特异性较差，阻碍了纳米酶的实际应用。因此构建具有高催化活性的纳米酶具有非常重要的研究意义。 针对这一问题，研究人员通过表面改性、减小尺寸、结构改变和成分优化等方法，进一步提高纳米酶活性。其中，纳米片相比于传统的纳米结构，具有更大的比表面积，能够提高酶反应效率。而且在超薄二维纳米片中，原子可以很容易地从晶格中逸出，形成空位，有利于提高其催化活性。 化学动力学疗法是利用肿瘤内高表达的H2O2通过纳米酶驱动芬顿反应产生羟基自由基（·OH）,使肿瘤细胞大量凋亡的一种新治疗方法。目前对纳米酶的研究主要集中在低pH和高过氧化氢浓度下进行的，而肿瘤微环境的pH范围在6.5-6.9之间，过氧化氢浓度在100 μM以下，这种测试条件并不能验证纳米酶在肿瘤微环境条件下的真实催化效果，所以设计高效纳米酶并探究其在肿瘤微环境条件下的活性是非常有必要的。 本论文通过调控钌（Ru）基纳米材料的形貌、尺寸及表面结构，制备了具有不同形貌和独特结构的纳米酶，在肿瘤微环境条件下进行过氧化物酶和其他酶活性的研究，并利用酶的这些性质以及联合二甲双胍进行体内抗肿瘤治疗的探究。主要研究内容如下: （1）通过水热法合成RuCu纳米片（RuCu NSs）,表征发现该纳米片厚度小于6nm。纳米片表面富含大量的孔洞和片之间通道结构，并且晶体表面形成大量的缺陷构型，有利于提高酶的相关活性。凭借独特的结构优势，RuCu NSs对芬顿反应表现出超高的纳米酶活性，其催化效率（kcat/Km）在pH 4.6下高达177.2 M-1s-1。尽管理论上单原子催化剂对芬顿反应具有最优的催化效率，但RuCu NSs的催化效率（pH 4.6）比近期报道的具有最优催化效率的FeN3P单原子催化剂（pH=3.6）高出14.9倍。即使在肿瘤微环境的pH条件下（pH=6.5），RuCu NSs的催化效率也是FeN3P单原子催化剂（pH=3.6）的7倍。与其他结构的纳米酶相比，RuCu NSs的类酶活性表现最高，通过将其应用于可视化葡萄糖浓度检测，验证了 RuCu NSs的高活性催化效率。 (2)探索RuCu NSs的抗肿瘤效果。通过研究发现，RuCu NSs不仅仅具有高效的芬顿反应活性，而且RuCu NSs还具有超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，可以将超氧化物阴离子(O2·-)转化为H2O2并消耗谷胱甘肽(GSH)，从而提高细胞内过氧化氢浓度，有利于芬顿反应的发生，进而增强抗肿瘤效果。 (3)为了进一步提高芬顿反应活性。通过改变反应条件，合成出具有三角形结构的RuCu纳米片。该纳米片尺寸小于10nm,厚度小于2nm。通过一系列的性质测试发现新制备的三角形状的RuCu纳米片催化活性更高。同时，二甲双胍能够抑制细胞线粒体复合物Ⅰ的产生，导致乳酸浓度增多，从而在细胞内产生更多的H+，解决化学动力学治疗肿瘤时肿瘤部位酸度低的问题。通过利用三角形状的RuCu纳米片和二甲双胍高效联用的方式，使得RuCu纳米片的在肿瘤部位的杀伤能力增强，联用形式在动物实验中展现出了理想的抗肿瘤效果。
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