近日，中國科學院合肥物質院強磁場中心王輝研究員與張欣研究員課題組合作，依托穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）電子順磁共振，提出了一種“溶劑自碳化-還原”策略，制備出超高原子密度的單價態銅單原子納米酶（Cu SAE），可用于腫瘤自級聯催化治療，相關成果發表在國際期刊Chemical Engineering Journal。

　　基于對腫瘤微環境（TME）的特異性反應，SAEs可以催化腫瘤細胞內的過氧化氫（H₂O₂）生成高毒性羥基自由基（ OH），展現出優異的過氧化物酶活性。然而，TME中較低的H₂O₂水平和較弱的微酸環境限制了SAEs的過氧化物酶活性。由于Cu /Cu 相對較低的氧化還原電位，Cu SAEs能夠實現多樣化的催化環境和較高的催化性能。此外，Cu 可以將谷胱甘肽（GSH）轉化為H₂O₂，這不僅緩解了催化底物的短缺，而且避免了GSH對 OH的消耗。然而，由于制備過程復雜、成分不均勻、水溶性差、金屬價態不可控等原因，高原子密度Cu SAEs的便捷可控合成仍然是一項具有挑戰性的任務。

　　基于上述情況，聯合研究團隊提出了一種通過有機溶劑和Cu 鹽的自碳化-還原來制備Cu SAEs的新策略。作為一種常規有機溶劑，甲酰胺由于其高氮含量和空位配體位點，易縮合成線性大分子鏈，從而螯合Cu 。在高溫作用下，甲酰胺碳化生成的還原性物質將Cu 還原為Cu ，進而形成Cu 負載的氮化碳納米線（Cu-CN）。結果表明：該Cu-CN具有2.19 atoms/nm²（23.36 wt.%）的超高單原子密度，展現優異的GSH消耗和 OH產生性能，誘導腫瘤細胞產生高效的鐵死亡和凋亡，實現高達89.17%的腫瘤抑制率。該項研究為制備以氮化碳為載體的單原子催化劑提供了一種全新的策略。

　　強磁場中心博士研究生劉宏基（現就職于湖南大學）、博士后郁彪為該論文共同第一作者，王輝研究員、張欣研究員為共同通訊作者。該研究工作獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家博士后創新人才支持計劃、中國博士后科學基金和強磁場安徽省實驗室方向基金等項目的資助。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148273 

圖1. 單原子銅負載氮化碳納米酶的合成及腫瘤治療示意圖。