近日，中國科學院合肥物質科學研究院與新加坡南洋理工大學合作，依托穩態強磁場實驗裝置電子順磁共振譜儀，構建出新型海膽狀銅單原子納米酶，并揭示了海膽針刺長度與細胞內吞效率及相應腫瘤催化治療效果之間的構效關系。
研究以多巴胺和氯化銅為前驅體，利用有機分子碳化—自還原策略，一步合成出海膽狀銅單原子納米酶UCCSE，并通過精細調控表面針刺長度優化其催化性能。在腫瘤微環境中，UCCSE展現出類過氧化物酶與類谷胱甘肽過氧化物酶活性：催化內源性H2O2持續產生高活性的羥基自由基，并消耗細胞內還原性谷胱甘肽，抑制?OH被清除，放大氧化應激效應，提升了化學動力學治療效果。研究進一步結合電子順磁共振測量、米氏動力學分析及理論計算等手段證實，UCCSE的高類芬頓催化效率源自高度分散的CuN4單原子活性位點。
研究還剖析了海膽針刺長度與細胞內吞行為之間的構效關系。研究依托活細胞成像工作站、細胞內銅含量測定等技術發現，UCCSE通過內吞途徑被細胞攝取。實驗顯示，UCCSE在相同時間內的胞內聚集量及相應的腫瘤細胞殺傷能力，隨針刺長度增加而提升，證明了針刺形貌能夠增強納米酶的內吞效率和腫瘤細胞攝取能力。該研究從微觀形貌調控視角，為提升單原子納米酶的腫瘤化學動力學治療性能提供了新思路。
實驗結果表明，UCCSE在細胞水平和動物實驗中展現出優異的抗腫瘤效果。不同針刺長度的UCCSE在體內治療表現方面存在差異：長針刺結構在血液中具有更長的循環時間和更高的腫瘤富集能力，展現出腫瘤生長抑制作用，且未對小鼠主要臟器和組織造成明顯不良影響，表現出良好的生物安全性。
相關研究成果發表在ACS Nano上。研究工作得到國家重點研發計劃等的支持。
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